(57)【要約】【課題】ＭＯＳ型の固体撮像装置において、画素が微細化されても感度の向上を図る。【解決手段】縦２画素、横４×ｎ画素（ｎは正の整数）のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］配列を１共有単位２１としたレイアウトを有する。【選択図】図２
2010165854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横２画素、縦４×ｎ画素（ｎは正の整数）のフォトダイオード配列を１共有単位としたレイアウトを有する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記１共有単位内のレイアウトは、
画素部の垂直方向に配列されたそれぞれ、４つのフォトダイオードに対して４つの読み出しゲート電極と、１つの第１フローティングディフージョンを有する第１構成部及び第２構成部と、
前記第１構成部と前記第２構成部との間に少なくともその一部が配置された、少なくとも増幅トランジスタと、
リセットトランジスタと、
前記読み出しゲート電極のそれぞれに接続された読み出し配線と、
前記リセットトランジスタのリセットゲート電極に接続されたリセット配線と、
前記第１フローティングディフージョン、前記第２フローティングディフージョン、前記増幅トランジスタの増幅ゲート電極及び前記リセットトランジスタのソース領域に接続された接続配線と
を有する請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１構成部と前記第２構成部との間に前記増幅トランジスタに接続された選択トランジスタを有する
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記接続配線、電源配線及び前記増幅トランジスタに接続された垂直信号線が、画素部の垂直方向に沿って配線され、
前記それぞれの読み出し配線及び前記リセット配線が、画素部の水平方向に沿って配線されている
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項５】
画素部の前記接続配線、前記電源配線、前記垂直信号線及び前記読み出し配線が２層配線で形成され、
周辺回路部の配線が２層以上の複数層配線で形成されている
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記画素部と前記周辺回路部の配線層数が異なり、
前記画素部内の最上層配線上の絶縁膜厚が、前記周辺回路部内の最上層配線上の絶縁膜厚よりも薄い
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
単位画素内の少なくとも１本の前記読み出し配線が前記フォトダイオードの領域内に存し、
かつ前記１本の読み出し配線の両側及び直下に前記フォトダイオードの領域が存している
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記接続配線、前記電源配線、前記垂直信号線及び前記読み出し配線が、４層配線で形成されている
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記読み出し配線は、上面から見て画素部の垂直方向に隣合うフォトダイオードの間に１本となるように複数層の配線で形成されている
請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記接続配線、前記電源配線、前記垂直信号線及び前記読み出し配線が、３層配線で形成されている
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記読み出し配線は、上面から見て前記第１構成部及び第２構成部のそれぞれの内で、画素部の垂直方向に隣合うフォトダイオードの間に２本並列するように２層の配線で形成されている
請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記それぞれのフォトダイオード上の位置に、集光作用を有するドット状体または線状体が形成されている
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記増幅トランジスタのゲート長が画素ピッチよりも長い
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記フォトダイオードを挟んでダミー配線が形成されている
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記１共有単位は、
８つのフォトダイオードと、
８つの読み出しトランジスタ、１つのリセットトランジスタ及び１つの増幅トランジスタの計１０個の画素トランジスタと、
２つのフローティングディフージョンと
を有する請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記１共有単位は、
８つのフォトダイオードと、
８つの転送トランジスタ、１つのリセットトランジスタ、１つの増幅トランジスタ及び１つの選択トランジスタの計１１個の画素トランジスタと、
２つのフローティングディフージョンと
を有する請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置のフォトダイオードに入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
前記固体撮像装置は、横２画素、縦４×ｎ画素（ｎは正の整数）のフォトダイオード配列を１共有単位としたレイアウトを有する
電子機器。
【請求項１８】
前記固体撮像装置の前記１共有単位内のレイアウトは、
画素部の垂直方向に配列されたそれぞれ、４つのフォトダイオードに対して４つの読み出しゲート電極と、１つの第１フローティングディフージョンを有する第１構成部及び第２構成部と、
前記第１構成部と前記第２構成部との間に少なくともその一部が配置された、少なくとも増幅トランジスタと、
リセットトランジスタと、
前記読み出しゲート電極のそれぞれに接続された読み出し配線と、
前記リセットトランジスタのリセットゲート電極に接続されたリセット配線と、
前記第１フローティングディフージョン、前記第２フローティングディフージョン、前記増幅トランジスタの増幅ゲート電極及び前記リセットトランジスタのソース領域に接続された接続配線と
を有する請求項１７記載の電子機器。
【請求項１９】
前記１共有単位内のレイアウトは、
前記第１構成部と前記第２構成部との間に前記増幅トランジスタに接続された選択トランジスタを有する
請求項１８記載の電子機器。
【請求項２０】
前記固体撮像装置における、
前記接続配線、電源配線、及び前記増幅トランジスタに接続された垂直信号線が、画素部の垂直方向に配線され、
前記それぞれの読み出し配線及び前記リセット配線が、画素部の水平方向に配線されている
請求項１８記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＳ型の固体撮像装置、及びこの固体撮像装置を備えたかメラ等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のＭＯＳ型イメージセンサに代表される増幅型固体撮像装置知られている。また、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサに代表される電荷転送型固体撮像装置が知られている。これら固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどに広く用いられている。近年、カメラ付き携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのモバイル機器に搭載される固体撮像装置としては、電源電圧が低く、消費電力の観点などからＭＯＳ型イメージセンサが多く用いられている。
【０００３】
ＭＯＳ型の固体撮像装置は、光電変換部となるフォトダイオードと複数の画素トランジスタからなる複数の画素が２次元アレイ状に配列されて構成される。最近では、画素の微細化に伴い、１画素当りの画素トランジスタの占める面積を抑制するために、画素トランジスタの一部を複数の画素で共有させた、いわゆる複数画素共有構造が提案されている。例えば、特許文献１〜３には、２画素共有構造の固体撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７２９５０号公報
【特許文献２】特開２００６−５４２７６号公報
【特許文献３】特開２００６−１５７９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＭＯＳ型の固体撮像装置では、さらに画素を微細化することにより、更なる高解像度化が望まれている。しかし、画素の更なる微細化は、受光部の開口面積の縮小を招き、感度が低下してしまう。したがって、画素が微細化されても、感度の向上が図れることが望まれる。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑み、画素が微細化されても感度の向上が図れる固体撮像装置、及びこの固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る固体撮像装置は、横２画素、縦４×ｎ画素（ｎは正の整数）のフォトダイオード配列を１共有単位としたレイアウトを有する構成とする。
【０００８】
本発明の固体撮像装置では、横２画素、縦４×ｎ画素（ｎは正の整数）のフォトダイオード配列を１共有単位とするので、１画素当りの画素トランジスタ数が低減し、フォトダイオードの開口面積が広くなる。また、横２画素、縦４×ｎ画素のフォトダイオード配列を１共有単位とすることにより、画素毎に独立した読み出し配線の配置ができ、フローティングディフージョンでの画素加算が可能となる。また、カラム信号処理回路の面積を低減できる。
【０００９】
本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置のフォトダイオードに入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備える。固体撮像装置は、横２画素、縦４×ｎ画素（ｎが正の整数）のフォトダイオード配列を１共有単位としたレイアウトを有した構成とする。
【００１０】
本発明の電子機器では、上記固体撮像装置を備えることにより、固体撮像装置における１画素当りの画素トランジスタ数が低減し、フォトダイオードの開口面積が広くなる。また、１共有単位のレイアウトが、横２画素、縦４×ｎ画素のフォトダイオード配列であるので、上記したように、画素加算が可能となり、また、カラム信号処理回路の面積を低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る固体撮像装置によれば、フォトダイオードの開口面積が広がるので、画素が微細化されても感度の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置におけるフォトダイオードの開口面積が広がるので、画素が微細化されても感度の向上を図ることができる。従って、高品質の電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に適用される固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】第１実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図３】Ａ〜Ｃ  第１実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図である。
【図４】第１実施の形態の２層配線の一例を示す概略断面図である。
【図５】第１実施の形態に係る固体撮像装置における８画素／１０トランジスタ構造の１共有単位の等価回路図である。
【図６】第２実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位の要部のレイアウト図である。
【図７】回折限界の説明に供する断面図である。
【図８】回折限界の説明に供するグラフである。
【図９】第３実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図１０】第３実施の形態の第１層目配線のレイアウト図である。
【図１１】図９の要部に平面図である。
【図１２】第３実施の形態の説明に供する説明図である。
【図１３】第４実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図１４】第４実施の形態に係る固体撮像装置の画素部におけるフォトダイオードの一例を示す概略断面図である。
【図１５】Ａ、Ｂ  第５実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図１６】第６実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図１７】第７実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図１８】第８実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図１９】Ａ〜Ｂ  第８実施の形態のドット状体の形成方法の一例を示す形成工程図である。
【図２０】Ａ〜Ｂ  第８実施の形態のドット状体の形成方法の他の例を示す形成工程図である。
【図２１】第８実施の形態におけるドット状体の作用を説明する説明図である。
【図２２】第８実施の形態における２層メタルによるドット状体及び配線の状態の一例を示す断面図である。
【図２３】第８実施の形態における２層メタルによるドット状体及び配線の一の状態例を示す断面図である。
【図２４】第８実施の形態における２層メタルによるドット状体及び配線の他の状態例を示す断面図である。
【図２５】第９実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図２６】第１０実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位の要部の断面図である。
【図２７】第１１実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図２８】第１１実施の形態に係る固体撮像装置における８画素／１１トランジスタ構造の１共有単位の等価回路図である。
【図２９】第１２実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図３０】Ａ〜Ｃ  第１２実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図である。
【図３１】第１３実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図３２】第１４実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図３３】第１５実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図３４】Ａ〜Ｃ  第１５実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図である。
【図３５】第１６実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図３６】第１７実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図３７】Ａ〜Ｃ  第１７実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図である。
【図３８】第１８実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図３９】Ａ、Ｂ  第１８実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図（その１）である。
【図４０】Ａ、Ｂ  第１８実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図（その２）である。
【図４１】第１９実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図４２】Ａ、Ｂ  第１９実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図（その１）である。
【図４３】Ａ、Ｂ  第１９実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図（その２）である。
【図４４】第１９実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図（その３）である。
【図４５】第２０実施の形態に係る固体撮像装置の画素部における１共有単位のレイアウト図である。
【図４６】Ａ、Ｂ  第２０実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図（その１）である。
【図４７】Ａ、Ｂ  第２０実施の形態に係る１共有単位を平面的に分解した分解レイアウト図（その２）である。
【図４８】本発明に係る固体撮像装置の概略レイアウトを示す平面図である。
【図４９】本発明の効果の説明に供するレイアウト図である。
【図５０】本発明の効果の比較で用いた参考例のレイアウト図である。
【図５１】本発明に係る固体撮像装置における増幅トランジスタの変形例（１）を示すレイアウト図である。
【図５２】本発明に係る固体撮像装置における増幅トランジスタの変形例（２）を示すレイアウト図である。
【図５３】本発明に係る固体撮像装置における増幅トランジスタの変形例（３）を示すレイアウト図である。
【図５４】本発明に係る固体撮像装置における増幅トランジスタの変形例（４）を示すレイアウト図である。
【図５５】本発明に係る固体撮像装置における増幅トランジスタの変形例（５）を示すレイアウト図である。
【図５６】本発明に係る固体撮像装置における増幅トランジスタの変形例（６）を示すレイアウト図である。
【図５７】本発明に係る固体撮像装置における増幅トランジスタの変形例（７）を示すレイアウト図である。
【図５８】本発明に係る固体撮像装置におけるリセットトランジスタの変形例（１）を示すレイアウト図である。
【図５９】本発明に係る固体撮像装置におけるリセットトランジスタの変形例（２）を示すレイアウト図である。
【図６０】本発明に係る電子機器の実施の形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１に、本発明に適用する固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の概略構成の一例を示す。本例の固体撮像装置１は、半導体基板１１例えばシリコン基板に複数の光電変換部となるフォトダイオードを含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素部（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。画素２は、フォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。
【００１６】
周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８などを有して構成される。
【００１７】
制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。制御回路８は、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力する。
【００１８】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成される。垂直駆動回路４は、画素部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
【００１９】
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとに黒基準画素（有効画素領域の周囲に形成される）からの信号によってノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
【００２０】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
【００２１】
上記の固体撮像装置１を、表面照射型の固体撮像装置に適用する場合は、画素部３及び周辺回路部が形成された基板の表面側の上方に、層間絶縁膜を介して複数層の配線を有する複数配線層が形成される。画素部３では、複数配線層の上に平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ、さらにその上にオンチップマイクロレンズが形成される。
【００２２】
上記の固体撮像装置１を、裏面照射型の固体撮像装置に適用する場合は、光入射面（いわゆる受光面）側の裏面上には複数配線層はない。複数配線層は受光面と反対側の表面側に形成される。
【００２３】
本発明に係る固体撮像装置は、画素を微細化したときの、最適化された画素部３のレイアウトに特徴を有する。
【００２４】
［第１実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図２に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第１実施の形態を示す。図２は、画素部のレイアウトの要部を示す。図３〜図５は、１層目配線及び２層目配線のパターンを理解するための、分解平面図である。なお、以下の説明で、縦または縦方向とは画素部の垂直方向を指し、横または横方向とは画素部の水平方向を指す。つまり、垂直信号線と平行するのが縦で、それと直交するのが横である。
【００２５】
第１実施の形態に係る固体撮像装置１０１は、図２に示すように、横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］配列を１共有単位２１として、この共有単位２１を２次元アレイ状に配列して画素部３が構成される。すなわち、１共有単位２１としては、横２×縦２の計４つのフォトダイオードＰＤに対して１つのフローティングディフージョンＦＤを共有する構成が、縦に２組配列された、いわゆる横２×縦４の８画素共有の形でレイアウトされる。同図において、符号Ｐは画素ピッチを示す。
【００２６】
１共有単位２１は、８つのフォトダイオードと１０個の画素トランジスタで構成され、１画素当り１．２５個の画素トランジスタで形成される。１０個の画素トランジスタの内訳は、本例では、８個の転送トランジスタＴｒ１［Ｔｒ１１〜Ｔｒ１８］、１個のリセットトランジスタＴｒ２、１個の増幅トランジスタＴｒ３の計１０個である。
【００２７】
１共有単位２１内のレイアウトは、第１構成部２３と、第２構成部２５と、読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８、増幅トランジスタＴｒ３と、リセットトランジスタＴｒ２を有する。さらに、このレイアウトは、８本の読み出し配線２６［２６１〜２６８］と、リセット配線２７と、接続配線２８を有する。増幅トランジスタＴｒ３は、ソース領域３１Ｓと、ドレイン領域３１Ｄと、増幅ゲート電極３２を有して構成される。リセットトランジスタＴｒ２は、ソース領域３３Ｓと、ドレイン領域３３Ｄと、リセットゲート電極３４を有して構成される。
【００２８】
第１構成部２３は、４つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３及びＰＤ４と、この４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に対して４つの読み出しゲート電極２２１〜２２４と、１つの第１フォトダイオードＦＤ１を有して構成される（図３Ａ参照）。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４と、第１フローティングディフージョンＦＤ１と、各読み出しゲート電極２２１〜２２４とにより、読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１４が構成される。
【００２９】
上側の第１構成部２３は、略四角形状の４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４が、所要の間隔、例えば縦横等間隔を置いて縦横２列に配置される。この４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４で囲まれた中央領域に１つの第１ローティングディフージョンＦＤ１が形成される。この第１フローティングディフージョンＦＤ１に接するように、４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の互いに向き合うコーナ部側に各対応する読み出しゲート電極２２１〜２２４が形成される。各読み出しゲート電極２２１〜２２４は、一部突出部２４を有する略三角形状、あるいは略台形状をなし、底辺側がフォトダイオードＰＤ１側に、頂部側が第１ローティングディフージョンＦＤ１側に位置するように形成される。より詳しくは、４つの読み出し電極２２１〜２２４は、同形状に形成されて、互いに対称的に配置される。
【００３０】
第２構成部２５は、４つのフォトダイオードＰＤ５、ＰＤ６、ＰＤ７及びＰＤ８と、この４つのフォトダイオードＰＤ５〜ＰＤ８に対して４つの読み出しゲート電極２２５〜２２８と、１つの第２フォトダイオードＦＤ２を有して構成される（図３Ａ参照）。各フォトダイオードＰＤ５〜ＰＤ８と、第２フローティングディフージョンＦＤ２と、各読み出しゲート電極２２５〜２２８とにより、読み出しトランジスタＴｒ１５〜Ｔｒ１８が構成される。
【００３１】
下側の第２構成部２５も、上側の第１構成部２３と同様に、略四角形状の４つのフォトダイオードＰＤ５〜ＰＤ８が、所要の間隔、例えば縦横等間隔を置いて縦横２列に配置される。この４つのフォトダイオードＰＤ５〜ＰＤ８で囲まれた中央領域に１つの第２ローティングディフージョンＦＤ２が形成される。この第２フローティングディフージョンＦＤ２に接するように、４つのフォトダイオードＰＤ５〜ＰＤ８の互いに向き合うコーナ部側に各対応する読み出しゲート電極２２５〜２２８が形成される。各読み出しゲート電極２２５〜２２８は、上記の各読み出しゲート電極２２１〜２２４と同じ形状に形成される。そして、各読み出しゲート電極２２５〜２２８も、その略三角形状、あるいは略台形状の底辺側がフォトダイオードＰＤ２側に、頂部側が第１ローティングディフージョンＦＤ２側に位置するように、かつ互いに対称的に配置される。
【００３２】
８本の読み出し配線２６１から２６８は、読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８のそれぞれの読み出しゲート電極２２１〜２２８に接続され、それぞれ独立の読み出しパルスが印加され、それぞれ独立に制御されるように形成される。リセット配線２７は、リセットトランジスタＴｒ２のリセットゲート電極３４に接続され、リセットパルスが印加されるように形成される。接続配線２８は、第１フローティングディフージョンＦＤ１と、第２フローティングディフージョンＦＤ２と、増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲート電極３２と、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３Ｓとに接続される。
【００３３】
さらに、共有単位２１内には、リセットトランジスタＴｒ２のドレイン領域３３Ｄに接続する電源配線２９と、増幅トランジスタＴｒ３のソース領域３１Ｓに接続する垂直信号線３５、増幅トランジスタＴｒ３のドレイン領域３１Ｄに接続する電源配線３６を有する。
【００３４】
増幅トランジスタＴｒ３は、上側の第１構成部２３と、下側の第２構成部２５との間に形成される。この増幅トランジスタＴｒ３は、横方向に長いゲート長を有するように増幅ゲート電極３２を形成し、この増幅ゲート電極３２の両端位置にソース領域３１Ｓ及びドレイン領域３１Ｄを形成して構成される。増幅ゲート電極３２のゲート長方向の長さが画素ピッチＰ１よりも長く形成される。本例では、増幅ゲート電極３２の長さが、横２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２にわたる長さに対応し、すなわち２画素ピッチに近い寸法で形成される。
【００３５】
リセットトランジスタＴｒ２は、上側の第１構成部２３の上部中央に形成される。すなわち、リセットトランジスタＴｒ２は、横２つのフォトダイオードＰＤ１とＰＤ２間に対応する領域にリセットゲート電極３４を挟んで上下にドレイン領域３３Ｄ及びソース領域３３Ｓを形成して構成される。
【００３６】
そして、本実施の形態においては、読み出し配線２６１〜２６８、リセット配線２７、リセットトランジスタＴｒ２のドレイン領域３３Ｄに接続される電源配線２９が、２層構造の配線（以下、２層配線という）のうちの第１層目の配線で形成される。２層配線は、図４に示すように、メタル配線Ｍ１、Ｍ２で形成される。第１層目の配線、つまり第１層メタル配線Ｍ１による上記各配線２６１〜２６８、２７、２９は、横方向に配線される（図３Ｂ参照）。
【００３７】
なお、図４に示すように、メタル配線Ｍ１、Ｍ２は、フォトダイオードＰＤ、各画素トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３が形成された半導体基板３８上に、層間絶縁膜３９を介して形成される。４０は平坦化膜を示す。メタル配線Ｍ１、Ｍ２は、例えば下面及び側面をバリアメタル４１で囲まれたＣｕ配線で形成される。Ｃｕのメタル配線Ｍ１、Ｍ２の上面には、Ｃｕ拡散を防止するためのＳｉＣ膜４２が形成される。
【００３８】
第１構成部２３側の４本の読み出し配線２６１〜２６４は、縦に並ぶ２行のフォトダイオードＰＤ間に対応する領域に配列される。上２つの読み出し配線２６１及び２６２は、読み出し電極２２１及び２２２に沿うように一部屈曲し、それぞれ対応する読み出し電極２２１及び２２２に接続し、互いに平行に配列される。下２つの読み出し配線２６３及び２６４は、読み出し電極２２３及び２２４に沿うように一部屈曲し、それぞれ対応する読み出し電極２２３及び２２４に接続し、互いに平行に配列される。読み出しゲート電極２２１及び２２２に接続される上２本の読み出し配線２６１及び２６２と、読み出しゲート電極２２３及び２２４に接続される下２本の読み出し配線２６３及び２６４は、互いに対称のレイアウトで形成される。
【００３９】
第２構成部２５側の４本の読み出し配線２６５〜２６８も同様に配列される。すなわち、読み出し配線２６５〜２６８は、縦に並ぶ２行のフォトダイオードＰＤ間に対応する領域に配列される。上２つの読み出し配線２６５及び２６６は、読み出し電極２２５及び２２６に沿うように一部屈曲し、それぞれ対応する読み出し電極２２５及び２２６に接続し、互いに平行に配列される。下２つの読み出し配線２６７及び２６８は、読み出し電極２２７及び２２８に沿うように一部屈曲し、それぞれ対応する読み出し電極２２７及び２２８に接続し、互いに平行に配列される。読み出しゲート電極２２５及び２２６に接続される上２本の読み出し配線２６５及び２６６と、読み出しゲート電極２２７及び２２８に接続される下２本の読み出し配線２６７及び２６８は、互いに対称のレイアウトで形成される。
【００４０】
上下の第１、第２のフローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２と、増幅ゲート電極３２と、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３Ｓは、接続配線２８により接続される。この接続配線２８と、増幅トランジスタＴｒ３のソース領域３１Ｓに接続される垂直信号線３５と、増幅トランジスタＴｒ３のドレイン領域３１Ｄに接続される電源配線３６は、２層配線のうちの第２層目の配線で形成される。第２層目の配線、つまり第２層メタル配線Ｍ２による接続配線２８、垂直信号線３５及び電源配線３６は、縦方向に配線される（図３Ｃ参照）。
【００４１】
横方向に配線された４本並列の読み出し配線２６１〜２６４、及び４本並列の読み出し配線２６５〜２６８は、それぞれ配線間の隙間が回折限界以下の間隔に設定される。従って、４本並列の読み出し配線２６１〜２６４、読み出し配線２６５〜２６８の領域では、実質的に光が透過せず、遮光領域となる。図２において、３０はコンタクト部を示す。コンタクト部３０では、層間絶縁膜を貫通する導電プラグを介して相互接続がなされる。この場合、第１層メタル配線Ｍ１、第２層メタルＭ２が、それぞれ、直接導電プラグを介して目的の接続領域に接続される構成、あるいは第２層メタルＭ２が、導電プラグ、第１層メタルＭ１を経由して目的の接続領域に接続される構成がとられている。
【００４２】
各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８、増幅トランジスタＴｒ３、リセットトランジスタＴｒ２の相互間には、素子分離領域２０が形成される。この素子分離領域２０としては、例えば、図示しないが、不純物拡散領域で形成されこの不純物拡散領域の表面全面にゲート絶縁膜と同程度のフラットな絶縁膜が形成される。不純物拡散領域としては、例えばｐ型半導体領域で形成される。この場合、画素トランジスタとしてはｎチャネル方の画素トランジスタが用いられ、また信号電荷として電子が用いられる。
【００４３】
図３Ａ〜３Ｃに、１共有単位２１の分解平面を示す。図３Ａでは、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８と、第１、第２のフローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２と、読み出しゲート電極２２１〜２２８と、読み出しトランジスタＴｒ１と、リセットトランジスタＴｒ２と、増幅トランジスタＴｒ３のレイアウトを示す。図３Ｂでは、第１層メタル配線Ｍ１で横方向に配線された読み出し配線２６１〜２６８と、リセット配線２７と、電源配線２９のレイアウトを示す。図３Ｃでは、第２層メタル配線Ｍ２で縦方向に配線された接続配線２８と、垂直信号線３５と、電源配線３６のレイアウトを示す。
【００４４】
なお、第２層メタルＭ２による各配線と画素トランジスタとの接続は、第２層メタルＭ２による配線から第１層メタルＭ１の接続部と経て画素トランジスタの所要部に接続される。
【００４５】
周辺回路部上に層間絶縁膜を介して配置される配線は、配線層数が２層以上である。画素部と周辺回路部の配線層数が異なる場合は、画素部内の最上層配線上の絶縁膜の膜厚が、周辺回路部内の最上層配線上の絶縁膜の膜厚より薄く形成される。
【００４６】
図５に、第１実施の形態の１共有単位２１に係る８画素／１０トランジスタ構成の等価回路を示す。この回路構成では、第１構成部の４つのフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４］が、それぞれ４つの読み出しトランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３、Ｔｒ１４のソースに接続される。各読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１４  のドレインは、リセットトランジスタＴｒ２のソースに接続される。第２構成部の４つのフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１５、ＰＤ１６、ＰＤ１７  、ＰＤ１８］が、それぞれ４つの読み出しトランジスタＴｒ１５、Ｔｒ１６、Ｔｒ１７、Ｔｒ１８  のソースに接続される。各読み出しトランジスタＴｒ１５〜Ｔｒ１８のドレインは、リセットトランジスタＴｒ２のソースに接続される。読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１４とリセットトランジスタＴｒ２間の第１フローティングディフージョンＦＤ１が、接続配線２８を介して増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲートに接続される。読み出しトランジスタＴｒ１５〜Ｔｒ１８とリセットトランジスタＴｒ２間の第２フローティングディフージョンＦＤ２が、接続配線２８を介して増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲートに接続される。増幅トランジスタＴｒ３のソースは垂直信号線３５に接続され、そのドレインは電源配線３６に接続される。リセットトランジスタＴｒ２のドレインは電源線２９に接続され、そのゲートがリセットパルスが印加されるリセット配線２７に接続される。各読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８の読み出しゲートは、それぞれ独立の行読み出しパルスが印加される読み出し配線２６１〜２６８に接続される。
【００４７】
第１構成部２３及び第２構成部２５のそれぞれの４画素でのカラーフィルタは、原色の赤、緑、青（ＲＧＢ）のベイヤー配列とすることができる。あるいはカラーフィルタとしては、原色の赤、緑、青（ＲＧＢ）に白色Ｗを加えたカラーフィルタ、その他の補色系、あるいは補色系と原色系の組み合わせカラーフィルタ等、種々のカラーフィルタを採用できる。
【００４８】
第１実施の形態に係る固体撮像装置によれば、１共有単位２１が８画素／１０トランジスタ構造であるので、１画素当りの画素トランジスタ数が減り、その分、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の開口面積が広がる。また、２層配線のみで各配線を形成し、しかも第１層メタル配線Ｍ１を横方向の配線に用い、第２層メタルＭ２を縦方向の配線に用い、この縦横配線により、フォトダイオードの開口面積が規定される。この配線レイアウトは複雑にならず、すっきりとしてフォトダイオードの開口を邪魔していない。このように、フォトダイオードの開口面積が広がるので、画素を微細化していっても、感度を向上することができる。高感度、高解像度の固体撮像装置が得られる。
【００４９】
配線層数が２層であり、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２に接続される接続配線２８が、半導体基板から離れた第２層メタル配線Ｍ２で形成されている。しかも、この接続配線２８と交差する第１層メタルＭ１と重なる領域は、幅の狭い読み出し配線２６１〜２６８の交点のみである。接続配線２８と半導体基板間の浮遊容量、接続配線２８と読み出し配線２６１〜２６８間の浮遊容量が少ない。従って、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２に接続された浮遊容量が少なく、画素が微細化されても変換効率は落ちない。感度の向上を図ることができる。
【００５０】
本実施の形態では、２層配線で各配線を形成している。４層配線から比べれば、２層の配線は、共にフォトダイオードに近い位置に形成される。第１層メタル配線Ｍ１、第２層メタル配線Ｍ２で発生する回折光は、横への広がりが少ない状態でフォトダイオードに達するので、集光効率が向上する。２層配線構造であるので、製造の歩留まりを上げることができる。配線の層数が増えるほど、製造の歩留まりは下がる。
【００５１】
上例では、横配線を１層目メタル配線Ｍ１で形成し、縦配線を２層メタル配線Ｍ２で形成したが、縦配線を１層目メタル配線Ｍ１で形成し、横配線を２層目メタル配線Ｍ２で形成することも可能である。但し、光の回折、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２の遮光等を考えると、読み出し配線２６１〜２６８を有する横配線を１層目メタル配線Ｍ１で形成し、縦配線を２層目メタル配線Ｍ２で形成する方がなお良い。
【００５２】
８画素を１共有単位として、読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８の各読み出しゲート電極２２１〜２２８に接続した読み出し配線２６１〜２６８を介して、それぞれの読み出しトランジスタＴｒ１１〜ｔｒ１８のゲートを独自に制御することができる。この各ゲートが独自に制御できるので、８画素中の所要の画素の加算が容易にできる。この画素加算は、１共有単位２１のフローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２内で行える。例えば、ＲＧＢ画素がベイヤー配列の場合には、８画素内で任意の同色の画素加算ができる。あるいは４画素がホワイト（Ｗ）と赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）配列の場合、８画素内で任意の例えばホワイト（Ｗ）と緑（Ｇ）の画素加算ができる。その他、どのような画素加算も可能である。第１構成部２３の画素と第２構成部２５の画素の加算、第１構成部内、第２構成ブ内での画素加算など、加算の仕方は、種々可能である。また、縦配列の画素の間引きも可能である。
【００５３】
横２画素、縦４画素の共有単位でレイアウトされるので、２列１カラム読み出しとなり、カラム信号処理回路の面積が半分にでき、また色別ゲインが比較的簡単に実現できる。チップ面積が小さくて済む。
【００５４】
因みに、図５０の参考例に示す２次元アレイ状に複数の画素１１４が配列され、画素１１４の１列毎に垂直信号線１１６と電源配線１１７を配置した固体撮像装置１１８においては、単位カラム信号処理回路１１９が画素１列毎に配列される。これに対して、本実施の形態においては、図４９に示すように、横２画素、縦４画素の計８画素１１４を１共有単位１４０として１共有単位毎に垂直信号線１４１及び電源配線１４２を有し、かつ１共有単位毎に単位カラム信号処理回路１４３が配列される。すなわち、縦方向の垂直信号線１４１と電源配線１４２が画素２列毎に配置されるので、単位カラム信号処理回路１４３は、画素ピッチの約２倍のピッチ（寸法）でレイアウトが可能になり、縦方向に面積が低減する。
【００５５】
一方、ＭＯＳ型の固体撮像装置では、増幅トランジスタで信号を増幅する際に、増幅トランジスタのゲート絶縁膜中のトラップ準位が原因で、ノイズのパワースペクトラムが周波数ｆの逆数に比例する１／ｆノイズ（フリッカノイズ）が発生する。この増幅トランジスタで発生する１／ｆノイズは、画質に大きな影響を及ぼす。
【００５６】
本実施の形態においては、増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲート電極３２の長さが１画素ピッチ以上有するので、従ってゲート長が１画素ピッチ以上、本例では２画素ピッチに近い長さを有するので、１／ｆのイズを低減することができる。数１に１／ｆノイズを表わす式を示す。
【００５７】
【数１】
2010165854.tif 000003
【００５８】
ここで、プロセズ依存の係数（ゲート絶縁膜界面の電子捕獲・放出に関係する係数）をＫ、ゲート絶縁膜容量をＣｏｘ、トランジスタのゲート長（チャネル長）をＬ、ゲート幅（チャネル幅）をＷとする。１／ｆノイズのパワースペクトル（ノイズ電圧の２乗平均）は、上記数１で与えられる。
【００５９】
上記数１から明らかなように、増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲート電極３２（すなわちゲート長）が長いので、１／ｆノイズが低減することがわかる。
【００６０】
増幅トランジスタＴｒ３のドレイン領域３１Ｄを縦配線の電源配線３６で接続されるので、選択される行の増幅トランジスタに流す電流は、増大することはなく、適切な電流値ですむ。因みに、増幅トランジスタのドレイン領域３１Ｄを横配線の電源線配線で接続した場合には、選択された１行の全画素の増幅トランジスタに電流を流すことになり、過大なドライブ能力が必要になり、実施不能になる。
【００６１】
横２×縦４画素配列の共有単位を２次元アレイ状に配列しているので、１行目を端から点順次で読み出すことができる。因みに、横４×縦２画素配列の共有単位を２次元アレイ状に配列した場合は、後段処理が難しく、点順次の読み出しができない。
【００６２】
本実施の形態では、周辺回路部上の配線層数を２層以上とするのが好ましい。また、画素部と周辺回路部の配線層数が異なる場合は、画素部内の最上層配線上の絶縁膜の膜厚を、周辺回路部内の最上層配線上の絶縁膜の膜厚より薄く形成するのが好ましい。周辺回路では、配線層数が増加できると回路面積を縮小させることが出来る。しかしながら、画素領域では、配線層数が増加すると、フォトダイオードに光を集光しづらくなるため、配線層数を低減させる必要がある。また、画素部内の配線層数が少なくても、最上層配線から画素毎に配置したオンチップレンズとの距離が離れると、斜め光に対して集光効率が低下するため、最上層配線上の絶縁膜を薄膜化する方が尚良い。
【００６３】
［第２実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図６に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第２実施の形態を示す。図６は、第１層目メタル配線Ｍ１を形成する際の第１層目メタルのレイアウトのみを示す。第２実施の形態に係る固体撮像装置１０２は、その１共有単位２１において、第１層目メタルでフローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２上に遮光部４５を形成して構成される。すなわち、固体撮像装置１０２では、第１層目メタル配線Ｍ１により、読み出し配線２６１〜２６８、リセット配線２７、リセットトランジスタＴｒ２のドレイン領域に接続する電源配線２９が形成される。さらに、第１層目メタルＭ１により、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２を被覆するような遮光部４５が形成される。その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２に対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００６４】
第２実施の形態の固体撮像装置１０２によれば、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２上に読み出し配線２６２、２６３、２６６、２６７から少許の間隔を置いて第１メタル配線Ｍ１による遮光部４５が形成される。これにより、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２に対する遮光をより確実にすることができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００６５】
上述の第１実施の形態においては、画素の微細化に伴い、４本の読み出し配線２６１〜２６４、２６５〜２６８における夫々の幅及び隣り合う配線間の隙間が微細化で狭くなると、光が通らなくなる。すなわち、この読み出し配線間の隙間が、狭くなって回折限界以下になると、実質的に光が配線間の隙間を通らなくなる。従って、この４本の読み出し配線２６１〜２６４、２６５〜２６８が配列された夫々の領域は、遮光部の役割を果たす。微細化が進むと、益々読み出し配線間の隙間が狭くなり、より回折限界以下になる。従って、第１実施の形態では、この読み出し配線の幅及び読み出し配線間の隙間を狭くする程、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の開口面積が広がり、感度が向上する。
【００６６】
回折限界について、図７及び図８を用いて説明する。図７において、配線１１１間の開口幅をａとする。図７は、光、この例では波長λが５３０ｎｍの緑光が、開口１１２を透過してフォトダイオードＰＤに照射されたときの光強度分布を示す。フォトダイオードＰＤに到達した光強度は、開口中心Ｏをピークに、開口中心から離れるに従って低下し、Ｐ点でゼロとなる。このＰ点を第１暗環という。開口１１２を狭くして行くと、光が回折し、光強度分布の開口中心Ｏから第１暗環Ｐまでの距離（ＯＰ）が広がり、光強度のピークも下がる。
【００６７】
図８は、この距離（ＯＰ）の広がり方を示している。図８は、図７のフォトダイオードＰＤの中心から端までの寸法Ｄを６００ｎｍとし、波長λ：５３０ｎｍの緑光Ｌｇを入射しとしたときのグラフである。距離（ＯＰ）が最大になる開口幅ａが回折限界である。例えば、画素ピッチの１／２よりも距離（ＯＰ）が広がるにつれて、フォトダイオードＰＤに光が集光しにくくなる。回折限界以下の開口幅になると、光が回折してフォトダイオードＰＤに集光しなくなり、すなわち光がフォトダイオードＰＤに入らなくなる。
【００６８】
開口１１２の位置をフォトダイオードＰＤに近づけて回折させれば、距離（ＯＰ）は広がらず、光をフォトダイオードＰＤに集光させることができる。
多層配線の場合は距離（ＯＰ）が広がった分、光が下層配線で蹴られることから、距離（ＯＰ）が更に広がりピークも下がる。従って、配線層数が少ない方がフォトダイオードＰＤに到達した光強度分布での距離（ＯＰ）は短くなる。
【００６９】
［第３実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図９及び図１０に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第３実施の形態を示す。図９は、画素部のレイアウトの要部を示す。図１０は、第１層目配線のパターンを示す。第３実施の形態に係る固体撮像装置１０３は、その１共有単位２１において、単位画素内の少なくとも１本の読み出し配線がフォトダイオードＰＤの領域内に存在し、かつこの１本の読み出し配線の両側及び直下にフォトダイオードＰＤの領域が存して構成される。
【００７０】
本例では、１共有単位２１において、画素ピッチＰ内に配置された同層の複数の読み出し配線のうち、１本の読み出し配線を他の読み出し配線から離して構成される。この１本の読み出し配線は、１共有単位２１内に繰り返し存在する同層の読み出し配線間における最小間隔ｄ１よりも離れた距離ｄ２に配置される。最小間隔ｄ１は、実質的に光を透過させない、いわゆる回折限界以下に相当する間隔である。距離（隙間）ｄ２は回折限界を超える距離であり、実質的に光透過が可能な距離である。
【００７１】
換言すれば、本発明実施の形態の固体撮像装置１０３は、１共有単位２１において、各１本の読み出し配線が、他の読み出し配線から回折限界を超える距離だけ離してフォトダイオードＰＤ上に存するように配置された構成とする。すなわち、図９及び図１０に示すように、第１構成部２３では、４本の読み出し配線２６１〜２６４のうち、読み出し配線２６１がＰＤ１、ＰＤ２の例えば中央付近に対応して配置され、読み出し配線２６４がＰＤ３、ＰＤ４の例えば中央付近に対応して配置される。第２構成部２５では、４本の読み出し配線２６５〜２６８のうち、読み出し配線２６５がＰＤ５、ＰＤ６の例えば中央付近に対応して配置され、読み出し配線２６８がＰＤ７、ＰＤ８の例えば中央付近に対応して配置される。
【００７２】
読み出し配線２６２及び２６３間の最小間隔（距離）ｄ１、及び読み出し配線２６６及び２６７間の最小間隔（距離）ｄ１は、回折限界以下の距離とする。読み出し配線２６１及び２６２間の距離ｄ２、読み出し配線２６４及び２６３間の距離ｄ２は、回折限界を超える距離とする。また、読み出し配線２６５及び２６６間の距離ｄ２、読み出し配線２６８及び２６７間の距離ｄ２は、同じく回折限界を超える距離とする。各読み出し配線２６１，２６４，２６５，２６８は、回折限界を超える距離だけ離れてフォトダイオードＰＤ上に配置されれば良いが、好ましくはそれぞれフォトダイオードＰＤの中央付近に配置するようになす。つまり、図１２に示すように、好ましくは、画素の光学中心Ｏ（もしくは画素ピッチ中心）に読み出し配線２６１、２６４、２６５、２６８が存在するように読み出し配線のレイアウトがなされる。
【００７３】
読み出し配線２６１は、延長部２６１ａを介して読み出しゲート電極２２１に接続される。読み出し配線２６２及び２６３は、それぞれ読み出しゲート電極２２２及び２２３に接続される。読み出しゲート電極２６４は、延長部２６４ａを介して読み出しゲート電極２２４に接続される。読み出し配線２６５は、延長部２６５ａを介して読み出しゲート電極２２５に接続される。読み出し配線２６６及び２６７は、それぞれ読み出しゲート電極２２６及び２２７に接続される。読み出しゲート電極２６８は、延長部２６８ａを介して読み出しゲート電極２２８に接続される。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２に対応するする部分には同一符号を付して重複説明を省略する。但し、この例では読み出しゲート電極２２１〜２２８の形状が図２の形状と多少異なっているが、図２と同じ形状としてもよい。
【００７４】
第３実施の形態に係る固体撮像装置１０３によれば、各１本の読み出し配線２６１、２６４、２６５及び２６８が、それぞれＰＤ１及びＰＤ２、ＰＤ３及びＰＤ４、ＰＤ５及びＰＤ６、ＰＤ７及びＰＤ８上に来るようにずらして配置される。この構成により、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の開口面積は、図２の第１実施の形態に比べて、読み出し配線間の１つの隙間分だけ広くなる。このとき、フォトダイオードＰＤの中央付近の読み出し配線の近傍の光は回折により、読み出し配線の裏側に回り込み、フォトダイオードＰＤに集光する。
【００７５】
この様子を、図１２の模式図を用いて説明する。図１２は、フォトダイオードＰＤ１の部分を示す。半導体基板７０にフォトダイオードＰＤ１が形成され、その上にフォトダイオードＰＤ１の開口を規定するように、第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６２、リセット配線２７及び第２層目メタル配線Ｍ２が層間絶縁膜３９を介して配置される。この２層配線の上に平坦化膜（図示せず）を介してオンチップカラーフィルタ４７及びオンチップマイクロレンズ４８が形成される。さらに、フォトダイオードＰＤ１の中央付近に、第１層目メタル配線による読み出し配線２６１が配置される。
【００７６】
読み出し配線２６１の真上からきた光Ｌａは読み出し配線で反射される。しかし、フォトダイオードＰＤ１の中央付近配置された読み出し配線２６１の幅が極めて狭いので、読み出し配線２６１の近傍に入射した光Ｌｂは、この読み出し配線２６１で回折して読み出し配線２６１に裏面側に回り込み、フォトダイオードＰＤ１に集光する。オンチップマイクロレンズ４８により入射する光が集光されるため、光の波面としては、フォトダイオードＰＤ１中央に向かう波面４９が優勢となる。このため、読み出し配線２６１での回折の際、裏面中央への光の回り込みが優勢になる。
【００７７】
一方、従来、オンチップマイクロレンズと層内レンズを組み合わせた構成により、集光効率を上げるようにした固体撮像装置が知られている。画素サイズの微細化が進むにつれて、この層内レンズの形成が困難になって来る。第２実施の形態では、読み出し配線の１本をフォトダイオードＰＤの中央付近に配置し、この読み出し配線による回折で入射光が集光されるので、この中央の読み出し配線が層内レンズの役割を果たし、集光効率を向上することができる。
第３実施の形態では、集光効率が向上するので、さらに感度の向上を図ることができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００７８】
［第４実施の形態：固体撮像装置の構成例］
第４実施の形態は、その１共有単位２１において、単位画素内の少なくとも１本の読み出し配線がフォトダイオードＰＤの領域内に存在し、かつ、この１本の読み出し配線の両側及び直下にフォトダイオードＰＤの領域が存して構成される他の例を示す。
【００７９】
画素がさらに微細化してくると、例えば赤、緑、青（ＲＧＢ）のフォトダイオードそれぞれ深さ方向に異なる位置に配置し、しかも、受光領域を拡大するために、ＲＧＢの各フォトダイオードを上面からみて互いに一部重ね合わせたような構成が考えられる。このとき、隣り合う画素のフォトダイオードの間に、フォトダイオードが形成されない領域が存在しないので、画素間に４本の読み出し配線を纏めて配置することが出来なくなる。第４実施の形態は、このような場合に対応した固体撮像装置である。
【００８０】
図１３及び図１４に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置第４実施の形態を示す。図１３は、画素部のレイアウトの要部を示す。但し、平面図上、フォトダイオードは便宜的に各画素毎に区画して示している。図１４は、半導体基板内のフォトダイオードの構成を示す。
【００８１】
第４実施の形態に係る固体撮像装置１０４は、図１３に示すように、前述と同様の１共有単位２１において、同層の全ての読み出し配線２６１〜２６８を１共有単位２１内で相互に上記最小間隔ｄ１（図９参照）よりも離れた距離ｄ３に配置して構成される。換言すれば、本実施の形態の固体撮像装置１０４は、各読み出し配線２６１〜２６８を、互いに回折限界を超える距離ｄ３を置いて配置して構成される。読み出し配線２６１〜２６８は、回折を考慮したとき、十分に離し、例えば等ピッチの間隔を置いて配置し、配線間の距離を最大にするのが好ましい。また、読み出し配線２６１〜２６８は、フォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２上、フォトダイオードＰＤ３ＰＤ４上、フォトダイオードＰＤ５」ＰＤ６上、フォトダイオードＰＤ７ＰＤ８上に２本ずつ配置される。各読み出し配線２６１〜２６８は、図示しないが、第３実施の形態と同様に、それぞれ延長部を介して対応する読み出しゲート電極２２１〜２２８に接続される。
【００８２】
一方、例えば、ベイヤー配列のフォトダイオードＰＤについて説明する。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各フォトダイオードＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂは、図１４に示すように、例えば第１導電型、例えばｎ型の半導体基板５１に形成した第２導電型であるｐ型の半導体ウェル領域５２に形成される。各フォトダイオードＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂは、ｎ型半導体領域５３とその上のｐ型半導体領域５４とにより形成される。
【００８３】
青の波長光は浅い領域で光吸収されるので、青画素のフォトダイオードＰＤｂは、半導体ウェル領域５２の表面側に形成される。緑の波長光は青の波長光よりも深い位置で光吸収されるので、緑画素のフォトダイオードＰＤｇは、半導体ウェル領域表面から一部が青画素のフォトダイオードＰＤｂの直下に延長するように形成される。赤の波長光は最も深い位置で光吸収されるので、赤画素のフォトダイオードＰＤｒは、半導体ウェル領域表面から一部が緑画素のフォトダイオードＰＤｇの直下に延長するように形成される。ここでは、緑画素のフォトダイオードＰＤｇと赤画素のフォトダイオードＰＤｒが、深さ方向で入れ違いとなるように形成される。この図１４に示すように、各画素のフォトダイオードＰＤｒ、ＰＤｇ，ＰＤｂは、基板深さ方向に関して一部が互いに重なるように形成されるので、隣り合う画素のフォトダイオードの間に、フォトダイオードが形成されない領域が存在しない。
【００８４】
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８５】
第４実施の形態に係る固体撮像装置１０４によれば、半導体基板５１の深さ方向の異なる位置にそれぞれの赤、緑及び青の画素のフォトダイオードが形成されているので、色分離は半導体基板内で行われる。すなわち、半導体基板５１内で混色防止がなされる。そして、各画素の読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８に接続された読み出し配線２６１〜２６８を、互いに回折限界を超える距離をもって離して配置することにより、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の開口面積をより広げることができる。各読み出し配線２６１〜２６８では、図１２で説明したと同様の作用が起こる。その結果、画素がより微細化されていっても、感度を向上することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００８６】
［第５実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図１５に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第５実施の形態を示す。図１５は、画素部のレイアウトの要部を示し、同図Ａ、同図Ｂは、それぞれ１層目配線、２層目配線のパターンを示す分解平面図である。第５実施の形態に係る固体撮像装１０５は、１共有単位２１における配線の対称性を良くするために、図１５Ｂに示すように、１層目配線及び２層目配線によるダミー配線を形成して構成される。すなわち、同じ１層目メタル配線Ｍ１で、横配線である読み出し配線２６１〜２６８、リセット配線２７及び電源配線２９が形成されると共に、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の左右両側に、電圧が与えられない分割されたダミー配線５６が形成される。また、同じ２層目メタル配線Ｍ２で、縦配線である接続配線２８、垂直信号線３５、電源配線３６が形成されると共に、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の上下両側に、電圧が与えられない分割されたダミー配線５７が形成される。
【００８７】
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８８】
第５実施の形態に係る固体撮像装置１０５によれば、上記横配線、及び上記縦配線に加えて、第１層目メタル配線Ｍ１及び第２層目メタル配線Ｍ２によるダミー配線５６及び５７を形成して、これら配線で各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８を囲うようにしている。このため、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８が、同層メタル配線により、対称性よく囲まれるので、光の回折による混色を防ぐことができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００８９】
［第６実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図１６に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第６実施の形態を示す。図１６は、画素部のレイアウトの要部（１共有単位）を示す。この第６実施の形態は、ダミー配線を配置した他のレイアウトを示す。
【００９０】
第６実施の形態に係る固体撮像装置１０６は、図１６Ａに示すように、第２層目メタル配線Ｍ２によるダミー配線５７を、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８を上下で挟むように配置して構成される。このダミー配線５７は、第１層目メタル配線Ｍ１よる読み出し配線２６１、２６３、２６６，２６７上に対応する位置、増幅ゲート電極３２上に対応する位置、第１層目メタル配線Ｍ１によるリセット配線２７及び電源配線２９上に対応する位置に分割して配置される。
【００９１】
ここで、第１層目メタル配線Ｍ１によるリセット配線２７は、図１６Ｂに示すように、一方端がリセットゲート電極３４に接続されたリセット配線部２７Ａとリセットゲート電極３４に接続されないリセット配線部２７Ｂとの分割されている。このリセット配線部２７Ａと２７Ｂとを第２層目メタル配線Ｍ２による接続線２７Ｃにより接続してリセット配線２７が形成される。また、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２上を遮光する遮光部４５が、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２、増幅ゲート電極３２及びリセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３Ｓを接続する接続配線２８と一体に形成される。この遮光部４５は、第２層目メタル配線Ｍ２で形成され、丁度、接続配線２８のフローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２とコンタクト部に対応する部分を広げるようにして形成される。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００９２】
第６実施の形態に係る固体撮像装置１０６によれば、第２層目メタル配線Ｍ２によるダミー配線５７を配置したので、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ１の周囲にメタル配線が対称性よく配置される。これにより、第５実施の形態と同じように、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８がダミー配線５７と他の配線とにより囲まれることにより、光の回折による混色を防ぐことができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００９３】
［第７実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図１７に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第７実施の形態を示す。図１７は、画素部のレイアウトの要部（１共有単位）を示す。第７実施の形態に係る固体撮像装置１０７は、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８が、四角形状でなくコーナ部に丸みを帯びた形状に形成して構成される。
【００９４】
フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８をイオン注入法を用いて形成する際には、オン注入用マスクとしてレジストマスクが用いられる。このレジストマスクは、ホトリソグラフィ技術を用いて形成されるため、開口のコーナ部が丸みを帯び易く、厳密な四角形状になりにくい。このようなレジストマスクを用いることにより、コーナ部に丸みを帯びた略四角形状のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８を形成することができる。
【００９５】
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００９６】
第７実施の形態に係る固体撮像装置１０７によれば、フォトレジストのコーナ部が丸みを帯びるので、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８として、その各コーナ部が丸みを帯びた構成を有する。この丸みを帯びたコーナ部に囲まれた領域に、増幅トランジスタＴｒ３のソース領域３１Ｓ及びドレイン領域３１Ｄ、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３Ｓ及びドレイン領域３３Ｄ等を配置することにより、無効領域を最小化する効果が期待できる。また、イオン注入時のダメージがフォトダイオードに影響しない。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００９７】
第７実施の形態におけるフォトダイオードのコーナ部に丸みを付ける構成は、上述した第２実施の形態〜第５実施の形態、さらには後述の実施の形態にも適用することができる。
【００９８】
［第８実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図１８に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第８実施の形態を示す。図１８は、画素部の要部（１共有単位）を示す。第８実施の形態に係る固体撮像装置１０８は、１共有単位２１において、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８上に対応する位置、好ましくは中央付近集光作用を有するドット状体６１を形成して構成される。ドット状体６１は、配線から回折限界を超える距離だけ離れて、電位が与えられない島状に形成される。ドット状体６１は、２層配線としたとき、第１層目メタル配線Ｍ１と同層のメタルまたは第２層目メタル配線Ｍ２と同層のメタルのいずれか一方で形成される。ドット状体６１は、１層目メタル配線Ｍ１と同層のメタルで形成するのが好ましい。
【００９９】
ドット状体６１は、光が透過する膜厚で形成することが好ましい。ドット状体６１は、第１層目メタル配線Ｍ１、第２層目メタル配線Ｍ２の膜厚より薄い膜厚のメタル薄膜で形成することが好ましい。
【０１００】
ドット状体６１は、例えば、四角形、円形、十字形、多角形、その他、任意の幾何学形状で形成することができる。ドット状体６１は、１つ、もしくは２つ、もしくはそれ以上の複数個、形成することが可能である。ドットの材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ，ＴｉＮ，ＩＴＯ，ＴａＮ，Ｗ，ＷＳｉ、ＷＮ等を用いることができる。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１０１】
図１９に、ドット状体６１の形成方法の一例を示す。図１９Ａに示すように、層間絶縁膜６２の表面にドット状体と配線を形成すべき位置に同じ深さの溝６３及び６４を形成する。この溝６３及び６４内に例えばバリアメタルを介してＣｕ膜６５を埋め込む。次に、平坦化処理の後、図１９Ｂに示すように、ドット状体側の溝６３内に埋め込まれたＣｕ膜６５をバリアメタルと共に所要の薄さになるように、選択エッチングする。これにより、溝６４内にＣｕ配線が形成され、溝６３内にＣｕ薄膜によるドット状体６１が形成される。
【０１０２】
図２０に、ドット状体の形成方法の他の例を示す。図２０Ａに示すように、層間絶縁膜６２の表面にドット状体を形成すべき位置に浅い溝６７を形成し、配線を形成すべき位置に溝６７より深い溝６８を形成する。次に、図２０Ｂに示すように、各溝６７及び６８内にバリアメタルを介してＣｕ膜６５を埋め込む。その後、平坦化処理することにより、溝６７杯にＣｕ薄膜によるドット状体６１が形成され、溝６８内にＣｕ配線６６が形成される。
【０１０３】
上記Ｃｕ配線６６は、例えば第１層目メタル配線による横配線（読み出し配線２６１〜２６８、リセット配線２７、電源配線２９）となる。
【０１０４】
第８実施の形態に係る固体撮像装置１０８によれば、独立してフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の中央付近に配置されたドット状体６１が、前述の第３実施の形態で説明した読み出し配線２６１、２６４，２６５，２６８の作用と同様の集光作用を有する。図２１の模式図に示すように、ドット状体６１近傍に光は回折により、ドット状体６１の裏側に回り込み、フォトダイオードＰＤに集光する。ここでは、光の干渉により、ドット状体６１直下の光強度が上がる。同時に、この回折光Ｌｃと、ドット状体６１を透過した透過光Ｌｄとが加算されることで、さらに光強度が上がる。このドット状体６１は、層内レンズの機能を有する。
【０１０５】
上例では、ドット状体６１を１層メタルで形成したが、その他、同じ位置で層間絶縁膜を介して、２層、３層、４層など複数層のメタルで構成することもできる。ドット状体６１を複数層で構成するときは、下層に行くに従ってドット幅を狭くすることが好ましい。ドット状体６１を複数層で構成した場合には、光は先ず上層のドット状体で回り込み、さらに下層のドトで回り込むようにして集光して行く。
【０１０６】
図２２に示すように、１層目Ｃｕメタルによる配線６６及びドット状体６１と、２層目Ｃｕメタルによる配線６７は、それぞれ上面全面にＣｕ拡散防止のための、例えばＳｉＣ膜６８が形成される。このＳｉＣ膜６８は、フォトダイオード上に対応する部分にも残して形成することができる。ところで、図２２に示すように、ＳｉＣ膜６８が２層に形成されていると、入射光の一部Ｌｆが２層のＳｉＣ膜６８間で多重反射し、リップルが生じて感度が低下する懼れがある。
【０１０７】
このため、図２３に示すように、フォトダイオード上に対応する２層目のＳｉＣ膜６８を選択的に除去することが望ましい。シミュレーションの結果、フォトダイオード上に対応する全ての層のＳｉＣ膜６８を選択エッチングする必要はなく、２層目のＳｉＣ膜６８のみ選択エッチングすれば良いことが分かった。これにより、多重反射が低減し、リップルの発生が抑制され、感度が向上する。ここで、２層目のＳｉＣ膜６８の除去は、直接マスク合わせによるエッチングであるため、フォトダイオードに対応するＳｉＣ膜部分を目一杯エッチング除去できる。このため、開口が大きく、ひさし部６９の長さｗ１を小さくでき、その分、多重反射の発生を抑制することができる。
【０１０８】
因みに、集光効率を上げる他の手段である導波路を設けた構成の場合は、図２４に示すように、フォトダイオード上に対応する部分の全ての層、この場合は第１層目及び第２層目のＳｉＣ膜６８を選択エッチング除去する必要がある。このとき、１層目と２層目のＳｉＣ膜６８のエッチング工程では間接マスク合わせのため、合わせずれを考慮し余裕をもってエッチングすることになる。このため、開口が小さくひさし部６９の長さｗ２は長くなり、多重反射の抑制効果が、図２２に比較して小さい。
【０１０９】
ドット状体６１は画素部の中央と周辺で位置をずらす。画素部の中央では光が略真上から入射するので、ドット状体６１を中央に配置する。斜め光が入射される周辺のドット状体６１は、オンチップマイクロレンズと画素間のずらし量に応じて、画素部の中心側の最適位置にずらして配置するようになす。
【０１１０】
［第９実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図２５に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第９実施の形態を示す。図２５は、画素部の要部（１共有単位）を示す。第９実施の形態に係る固体撮像装置１０９は、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８上に対応する位置、好ましくは中央付近を横切るように、配線機能を有さない配線７１を配置して構成される。この配線７１は、前述した第３実施の形態の読み出し配線２６１、２６４、２６５、２６８、第８実施の形態のドット状体６１と同様に、層内レンズと同等の集光機能を有する。配線７１は、図２２に示すように、１共有単位２１毎に配置してもよく、あるいは１行の全画素のフォトダイオードに共通に配置するようにしても良い。配線７１は、読み出し配線２６１から２６８と同じメタル配線で同時に形成される。あるいは配線７１は、ドット状体６１と同様に、読み出し配線よりも薄い膜厚で形成することもできる。
その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、図２に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１１１】
第９実施の形態に係る固体撮像装置１０９によれば、前述の図１２、図２１で説明したように、配線７１による回折作用で集光されるので、集光効率が向上し、さらに感度の向上を図ることができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１１２】
［第１０実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図２６に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第１０実施の形態を示す。図２６は、１共有単位の赤画素を代表してその断面構造を模式的示した断面図である。他の緑画素、青画素の断面も同様に構成される。
【０１１３】
第１０実施の形態に係る固体撮像装置１１０は、図２の第１実施の形態と同様に、横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］と１０個の画素トランジスタの配列を１共有単位２１として構成される。各読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８に接続される読み出し配線２６１〜２６８、リセットトランジスタＴｒ２に接続されるリセット配線２７及び電源配線２７は、第１層目メタル配線Ｍ１で横方向に配線される。接続配線２８、増幅トランジスタＴｒ３に接続される垂直信号線３５及び電源配線３６は、２層目メタル配線Ｍ２で縦方向に配線される。
【０１１４】
本実施の形態においては、図２６に示すように、フォトダイオード（赤画素のフォトダイオードで代表する）ＰＤｒ、各画素トランジスタが形成された半導体基板７０上に、２層配線７２が形成される。すなわち、層間絶縁膜３９を介して第１、第２層目のメタル配線Ｍ１、Ｍ２が形成される。メタル配線Ｍ１、Ｍ２は、前述と同様にバリアメタルを介して形成されたＣｕ配線７３とＣｕ拡散防止用のＳｉＣ膜７４を有して形成される。
【０１１５】
そして、本実施の形態では、特に、この２層配線７２のフォトダイオードＰＤｒ上に対応した層間絶縁膜３９内にカラーフィルタ７５、図では赤色フィルタを埋め込んで構成される。表面には平坦化されたパシベーション膜７６が形成される。パシベーション膜７６上にオンチップマイクロレンズを形成しない構成とすることもできる。あるいはパシベーション膜７６上にオンチップマイクロレンズを形成する構成とすることもできる。
【０１１６】
他の緑画素、青画素の断面も同様に構成される。その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２と同様のレイアウトについては説明を省略する。
【０１１７】
第１０実施の形態に係る固体撮像装置１１０によれば、上記各配線を構成する横配線及び縦配線を全体の高さが従来の例えば４層配線に比べて低い２層配線７２で形成した構成を利用して、カラーフィルタ７５が２層配線７２内に埋め込まれる。この構成により、混色が防止される。また、フォトダイオードＰＤｒからカラーフィルタ７５の上面までの高さｈ１が従来の高さより低くなり、集光効率をより向上することができる。オンチップマイクロレンズを省略するときは、より構成の簡略化が図れる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１１８】
［第１１実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図２７に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第１１実施の形態を示す。図２７は、２層配線を利用した画素部のレイアウトの要部を示す。第１１実施の形態に係る固体撮像装置１１３は、図２７に示すように、横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］と、１１個の画素トランジスタで１共有単位８１として構成される。この共有単位８１を２次元アレイ状に配列して画素部３が構成される。すなわち、１共有単位２１では、第１実施の形態と同様に、横２×縦２の計４つのフォトダイオードＰＤに対して１つのフローティングディフージョンＦＤを共有する構成が、縦に２組配列された、いわゆる横２×縦４の８画素共有の形でレイアウトされる。
【０１１９】
１共有単位２１では、１画素当り１．３７５個の画素トランジスタで形成される。１１個の画素トランジスタの内訳は、８個の転送トランジスタＴｒ１［Ｔｒ１１〜Ｔｒ１８］、１個のリセットトランジスタＴｒ２、１個の増幅トランジスタＴｒ３、１個の選択トランジスタＴｒ４の計１１個である。
【０１２０】
第１１実施の形態に係る固体撮像装置１１３は、図２７に示すように、第１構成部２３と第２構成部２５との間に、増幅トランジスタＴｒ３と選択トランジスタＴｒ４とを配して構成される。増幅トランジスタＴｒ３は、前述と同様に、ソース領域３１Ｓ、ドレイン領域３１Ｄ及び増幅ゲート電極３２とを有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、ソース領域８３Ｓ、ドレイン領域８３Ｄ及び選択ゲート電極８４を有して形成され、増幅トランジスタＴｒ３に接続される。選択トランジスタＴｒ４のソース領域８３Ｓは、増幅トランジスタＴｒ３のドレイン領域３１Ｄと同じ領域である。
【０１２１】
垂直信号線３５は、増幅トランジスタｔｒ３のソース領域３１Ｓに接続され、電源配線３６は、選択トランジスタＴｒ４のドレイン領域８３Ｄに接続される。選択トランジスタＴｒ４の選択ゲート電極８４は、選択配線８５に接続される。これら垂直信号線３５、電源配線３６及び選択配線８５は、第２層目メタル配線Ｍ２より縦方向に延長するように形成される。特に、選択トランジスタＴｒ４の選択ゲート電極８４は、第１層目メタルＭ１による接続線８５ａを介して第２層目メタル配線Ｍ２による選択配線８５に接続される。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１２２】
図２８に、第１３実施の形態の１共有単位８１の等価回路を示す。この等価回路では、図５の等価回路に、電源配線３６と増幅トランジスタＴｒ３のドレインとの間に選択トランジスタＴｒ４が接続され、選択ゲートに選択配線８５が接続された構成が付加されて成る。それ以外の回路構成は図５の回路構成と同様である。
【０１２３】
第１１実施の形態に係る固体撮像装置１１３によれば、１共有単位８１が８画素／１１トランジスタ構造であるので、１画素当りの画素トランジスタ数が減り、その分、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の開口面積が広がる。また、２層配線のみで各配線を形成し、しかも第１層メタル配線Ｍ１を横方向の配線に用い、第２層メタルＭ２を縦方向の配線に用い、この縦横配線により、フォトダイオードの開口面積が規定される。この配線レイアウトは複雑にならず、すっきりとしてフォトダイオードの開口を邪魔していない。このように、フォトダイオードの開口面積が広がるので、画素を微細化していっても、感度を向上することができる。高感度、高解像度の固体撮像装置が得られる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１２４】
［第１２実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図２９及び図３０に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ固体撮像装置の第１２実施の形態を示す。図２９は、２層配線を利用した画素部のレイアウトの要部を示す。図３０Ａ〜Ｃは、１層目配線、２層目配線のパターンを理解するための、分解平面図である。
【０１２５】
第１２実施の形態に係る固体撮像装置１１５は、図２９に示すように、第１実施の形態と同様に、横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］と、１０個の画素トランジスタで１共有単位２１として構成される。この１共有単位２１を２次元アレイ状に配列して画素部３が構成される。フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８と、画素トランジスタを構成する読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８と、増幅トランジスタＴｒ３の構成は、第１実施の形態と同様である。
【０１２６】
そして、本実施の形態においては、特に、リセットトランジスタＴｒ２の構成を変えている。すなわち、図３０Ａに示すように、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３Ｓ及びドレイン領域３３Ｄが、リセットゲート電極３４に対して、縦方向ではなく、横方向に配置される。しかも、このリセットトランジスタＴｒ２は、隣り合う共有単位２１間に跨るように、横方向にずれて形成される。さらに、リセットトランジスタＴｒ２のリセットゲート電極３４に接続されるリセット配線２７と、ドレイン領域３３Ｄの接続される電源配線２９が第１、第２層目メタル配線Ｍ１、Ｍ２を利用して横方向に平行に配置される。このリセット配線２７と電源配線２９は、リセットゲート電極３４上に配置され、好ましくは電極幅内に入るように形成される。
【０１２７】
先ず、図３０Ａに示すように、横２画素、縦４画素のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８列と、フローティングディフージョンＦＤ１及びＦＤ２と、読み出しゲート電極２２１〜２２８を有する読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８が形成される。さらに、ゲート長を横方向とするようにリセットゲート電極３４に対して横方向にソース領域３３Ｓ及びドレイン領域３３Ｄを有するリセットとトランジスタＴＲ２と、増幅トランジスタＴｒ３が形成される。１共有単位２１内で見ると、リセットトランジスタＴｒ２は、ソース領域３３Ｓを有するリセットゲート電極３４の一半分と、ドレイン領域３３Ｄを有するリセットゲート電極３４の他半分が、分離して形成される。この場合、分離されたリセットゲート電極３４は、そのソース領域３３Ｓとドレイン領域３３Ｄとが向かい合う形で形成される。
【０１２８】
次に、図３０Ｂに示すように、第１層目メタル配線Ｍ１により、横方向に延びる読み出しゲート電極２２１〜２２８にそれぞれ接続する読み出し配線２６１〜２６８が形成される。また、第１層目メタル配線Ｍ１により、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２に接続した接続部１１６、増幅トランジスタＴｒ３のソース領域３１Ｓ、及びドレイン領域３１Ｄに接続した接続部１１７が形成される。第１層目メタル配線Ｍ１により、増幅ゲート電極３２に接続する接続部１１８が形成される。また、第１層目メタル配線Ｍ１により、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３Ｓに接続された縦方向に延びる接続配線部２８１が形成される。さらに、第１層目メタル配線Ｍ１により、隣り合う共有単位２１に対応するそれぞれのリセットゲート電極３４に接続された分離するリセット配線部２７１と、それぞれのドレイン領域３３Ｄに接続された分離する電源配線部２９1が横方向に形成される。分離された電源配線部２９１の端部は、丁度共有単位２１の横方向の中央に位置するソース領域３３Ｓを挟む位置に対向して形成される。また第１層目メタル配線により、増幅トランジスタＴｒ３の増幅ゲート電極３２上に沿い、かつソース及びドレイン領域３３Ｓ、３３Ｄ上の接続部１１７、増幅ゲート電極３２に接続された接続部１１８を逃げるように、波形の配線１２１が横方向に沿って形成される。この波形の配線１２１は、基板電位、すなわちフォトダイオード、画素トランジスタが形成される半導体ウェル領域に所要電位を与えるための配線である。例えば、ｎ型サブストレート（基板）を用いたときには、フォトダイオード、画素トランジスタが形成されるｐ型半導体ウェル領域に０Ｖの電位が与えられる。この配線１２１は、ｐ型半導体ウェル領域に０Ｖの電位を与える配線であるが、ここでは基板コンタクト用配線とも云う。
【０１２９】
次に、図３０Ｃに示すように、第２層目メタル配線Ｍ２により、増幅トランジスタＴｒ３のソース領域３１Ｓに接続する垂直信号線３５と、ドレイン領域３１Ｄに接続する電源配線３６が縦方向に沿って形成される。また、第２層目メタル配線Ｍ２により、接続部１１６、１１８を介してフローティングディフージョンＦＤ１及びＦＤ２と、増幅ゲート電極３２と、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域に接続された接続部２８１とに接続される接続配線２８が形成される。さらに、第２層目メタル配線Ｍ２により、リセットトランジスタＴｒ２のドレイン領域３３Ｄに接続された電源配線部２９１同士を接続する接続配線部２９２が接続される。この第１層目メタル配線Ｍ１による電源配線部２９１と、第２層目メタル配線Ｍ２による接続配線部２９２とのより、水平方向に配列された共有単位２１の各リセットトランジスタＴｒ２のドレイン領域３３Ｄに接続される電源配線２９が形成される。また、第２層目メタル配線Ｍ２により、リセットゲート電極３４に接続されたリセット配線部２７１同士を接続する接続配線部２７２が横方向に接続される。この第１層目メタル配線Ｍ１によるリセット配線部２７１と、第２層目メタル配線Ｍ２による接続配線部２７２とにより、水平方向に配列された共有単位２１の各リセットゲート電極３４を接続するリセット配線２７が形成される。第２層目メタル配線Ｍ２により、増幅トランジスタＴｒ３側において、いわゆる基板電位を与える配線１２１の一部上に光学的なダミー配線１２２が形成される。
【０１３０】
第１２実施の形態に係る固体撮像装置１１５によれば、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３Ｓが、フォトダイオードＰＤ１とＰＤ２間の近傍に挿入されず、フォトダイオードＰＤの上部側に形成される。これにより、図２の第１実施の形態に比べて、ソース領域３３Ｓが邪魔にならず、水平方向（横方向）に並ぶフォトダイオードＰＤ間の間隔を狭くすることが可能になる。その分、フォトダイオードＰＤの面積を広げることができ、感度をより向上することができる。また、リセットトランジスタＴｒ２に接続されたリセット配線２７及び電源配線２９もリセットゲート電極３４上を這うように形成されるので、垂直方向に隣り合う共有単位２１の間隔も狭くすることが可能になる。その分、フォトダイオードＰＤの面積を広げることができ、感度をより向上することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１３１】
［第１３実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図３１に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ固体撮像装置の第１３実施の形態を示す。図３１は、２層配線を利用した画素部のレイアウトの要部を示す。
【０１３２】
第１３実施の形態に係る固体撮像装置１３０は、第１２実施の形態の固体撮像装置１１５において、基板コンタクト用の配線１２１及びその上のダミー配線１２２を省略して構成される。なお、ダミー配線１２２は鎖線で示すように形成した構成とすることもできる。その他の構成は、第１２実施の形態と同様であるので、図２９に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１３３】
第１３実施の形態に係る固体撮像装置１３０によれば、基板コンタクト用の配線１２１が省略した構成以外、第１２実施の形態と同様であるので、前述した第１２実施の形態の固体撮像装置１１５と同様の効果を奏する。
【０１３４】
［第１４実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図３２に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第１３実施の形態を示す。図３２は、２層配線を利用した画素部のレイアウトの要部を示す。第１４実施の形態に係る固体撮像装置１２９は、第２層目メタル配線Ｍ２によるダミー配線９１を配置して構成される。すなわち、図２９の第１２実施の形態の構成において、さらに、読み出し配線２６１及び２６４間、読み出し配線２６５及び２６８間、基板コンタクト用の配線１２１上に一部、フローティングディフージョンＦＤ２の下方に、それぞれダミー配線１２２、９１が形成される。その他の構成は、図２９の第１２実施の形態で説明したと同様であるので、対応する部分には同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１３５】
第１４実施の形態に係る固体撮像装置１２９によれば、第２層目メタル配線Ｍ２によるダミー配線９１と、垂直信号線３５、電源配線３６、接続配線とのより、各フォトダイオードＰＤが対称性よく囲まれる。これにより、光の回折による混色を防ぐことができる。その他、第１２実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１３６】
［第１５実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図３３及び図３４に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ固体撮像装置の第１５実施の形態を示す。図３３は、２層配線を利用した画素部のレイアウトの要部を示す。図３４Ａ〜Ｃは、１層目配線、２層目配線のパターンを理解するための、分解平面図である。
【０１３７】
第１５実施の形態に係る固体撮像装置１２０は、図３３に示すように、第１実施の形態と同様に、横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］と、１０個の画素トランジスタで１共有単位２１として構成される。この１共有単位２１を２次元アレイ状に配列して画素部３が構成される。フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８と、画素トランジスタを構成する読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８と、リセットトランジスタＴｒ２と、増幅トランジスタＴｒ３の構成は、第１実施の形態と同様である。
【０１３８】
そして、本実施の形態においては、特に、読み出し配線２６１〜２６８、リセットトランジスタＴｒ２に接続されるリセット配線２７及び電源配線２９のレイアウトを変えている。すなわち、読み出し配線２６１〜２６８は、第１、第２層目メタル配線Ｍ１、Ｍ２を利用して、読み出しゲート電極２２１〜２２８を含む領域上を遮光するように、かつ上面から見て一部２本の配線となるように、レイアウトされる。また、リセットトランジスタＴｒ２に接続されるリセット配線２７及び電源配線２９は、第１、第２層目メタル配線Ｍ１、Ｍ２を利用して、一部上から見て１本となるように、レイアウトされる。
【０１３９】
まず、図３４Ａに示すように、横２画素、縦４画素のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８列と、フローティングディフージョンＦＤ１及びＦＤ２と、読み出しゲート電極２２１〜２２８を有する読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８が形成される。さらに、リセットとトランジスタＴＲ２と、増幅トランジスタＴｒ３が形成される。リセットトランジスタＴｒ２は、リセットゲート電極３４と、ゲート長を縦方向とするように配置したソース領域３３Ｓ及びドレイン領域３３Ｄとを有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、横方向に長い増幅ゲート電極３２とその両端に配置したソース領域３１Ｓ及びドレイン領域３１Ｄとを有して形成される。これらのレイアウトは第１実施の形態と同様である。
【０１４０】
次に、図３４Ｂに示すように、第１層目メタル配線Ｍ１により、読み出しゲート電極２２２に接続する読み出し配線２６２が、直線状に横方向に形成されると共に、読み出しゲート電極２２１及び２２２上で逆Ｕ字状に屈曲するように形成される。また、第１層目メタル配線Ｍ１により、読み出しゲート電極２２１に接続する読み出し配線の一部を構成するように、直線状の配線部２６１ａ、２６１ｂが分割して横方向に形成される。配線部２６１ａは、読み出し配線２６２の逆Ｕ字状部分の内側において読み出しゲート電極２２１と接続し、かつ両読み出しゲート電極２２１、２２２に跨って形成される。配線部２６１ｂは、読み出し配線２６２の直線部の上側にあって、共有単位２１の横方向の両端に位置するように形成される。
【０１４１】
この読み出し配線２６２、配線部２６１ａ、２６１ｂのレイアウトと線対称に、読み出しゲート電極２２３に接続される読み出し配線２６３、及び読み出し配線２６４の一部を構成する配線部２６４ａ，２７４ｂが、第１層目メタル配線Ｍ１により形成される。
【０１４２】
同様のレイアウトで、第１層目メタル配線Ｍ１により、読み出しゲート電極２２６に接続される読み出し配線２６６、読み出しゲート電極２２５に接続される読み出し配線２６５の一部を構成する配線部２６５ａ、２６５ｂが形成される。また、読み出しゲート電極２２７に接続される読み出し配線２６７、読み出しゲート電極２２８に接続される読み出し配線２６８の一部を構成する配線部２６８ａ、２６８ｂが形成される。
【０１４３】
また、第１層目メタル配線Ｍ１により、フローティングディフージョンＰＤ１、ＰＤ２に接続される接続部１１６、増幅トランジスタＴｒ３のソース領域３１Ｓ、及びドレイン領域３１Ｄに接続した接続部１１７が形成される。第１層目メタル配線Ｍ１により、増幅ゲート電極３２に接続する接続部１１８が形成される。さらに、第１層目メタル配線Ｍ１により、リセットトランジスタＴｒ２のリセットゲート電極３４に接続されるリセット配線２７が横方向に形成され、電源配線２９の一部を構成する電源配線部２９１が共有単位２１の横方向の両端に形成される。電源配線部２９１とリセット配線２７は、リセット配線２７と平行に形成される。
【０１４４】
次に、図３４Ｃに示すように、第２層目メタル配線Ｍ２により、増幅トランジスタＴｒ３のソース領域３１Ｓに接続する垂直信号線３５と、ドレイン領域３１Ｄに接続する電源配線３６が縦方向に沿って形成される。また、第２層目メタル配線Ｍ２により、接続部１１６、１１８を介してフローティングディフージョンＦＤ１及びＦＤ２、増幅ゲート電極３２及びリセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３Ｓに接続される接続配線２８が縦方向に形成される。
【０１４５】
第１構成部２３では、第２層目メタル配線Ｍ２により、読み出し配線２６１の一部となる配線部２６１ａ及び２６１ｂの相互を接続する配線部２６１ｃ、読み出し配線２６３の一部となる配線部２６３ａ及び２６３ｂの相互を接続する配線部２６３ｃが形成される。第２層目メタル配線Ｍ２による配線部２６１ｃは、第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６１の屈曲部を挟む両直線部上に重なり、かつ読み出しゲート電極及びフローティングディフージョンＦＤ１上の配線間の隙間を覆うように屈曲して形成される。第２層目メタル配線Ｍ２による配線部２６３ｃは、第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６４の屈曲部を挟む両直線部上に重なり、かつ読み出しゲート電極及びフローティングディフージョンＦＤ１上の配線間の隙間を覆うように屈曲して形成される。
【０１４６】
第２構成部２５では、第２層目メタル配線Ｍ２により、読み出し配線２６５の一部となる配線部２６５ａ及び２６５ｂの相互を接続する配線部２６５ｃ、読み出し配線２６８の一部となる配線部２６８ａ及び２６８ｂの相互を接続する配線部２６８ｃが形成される。第２層目メタル配線Ｍ２による配線部２６５ｃは、第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６６の屈曲部を挟む両直線部上に重なり、かつ読み出しゲート電極及びフローティングディフージョンＦＤ２上の配線間の隙間を覆うように屈曲して形成される。第２層目メタル配線Ｍ２による配線部２６８ｃは、第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６７の屈曲部を挟む両直線部上に重なり、かつ読み出しゲート電極及びフローティングディフージョンＦＤ２上の配線間の隙間を覆うように屈曲して形成される。
【０１４７】
一方、リセットトランジスタＴｒ２では、第２層目メタル配線Ｍ２により、共有単位２１の両端側の電源配線部２９１と、ドレイン領域３３Ｄとを接続する電源配線部２９２が形成される。この電源配線部２９１及び２９２により、電源配線２９が構成される。第２層目メタル配線Ｍ２による電源配線２９２は、一部、第１層目メタル配線Ｍ１によるリセット配線２７の横方向に延びる直線部上に重なるように形成される。第２層目メタル配線Ｍ２により、増幅トランジスタＴｒ３側において、いわゆる基板コンタクト用の配線１２１の一部上にダミー配線１２２が形成される。
【０１４８】
第１５実施の形態に係る固体撮像装置１２０によれば、第１構成部２３において、読み出し配線２６２と２６１が重なり、読み出し配線２６３と２６４が重なり、上から見た時、主たる横配線部分が２本となる。第２構成部２５においても、同様に読み出し配線の主たる横配線部分が上から見て２本になる。このため、画素のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の面積を広くとることができ、感度の向上が図れる。また、回折限界以下の間隔で配置された読み出し配線２６１〜２６８により、遮光を必要とする領域、すなわち読み出しゲート電極２２１〜２２８、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２上を遮光することができる。別途、遮光膜を形成する必要がない。すなわち、転送ゲート電極に囲まれたフローティングディフージョンＦＤがある構成において、読み出しゲート電極の上に読み出し配線を重ねて形成することにより、読み出し配線を遮光膜として兼用できる。なお、フォトダイオードＰＤとフローティングディフージョンＦＤ巻の読み出しゲート長として、０．３μｍ程度は維持されるので、読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８における動作は維持される。リセットトランジスタ」Ｔｒ２においても、一部電源配線２９とリセット配線２７が重なり、上から見たとき１本に見えるので、レイアウト的にスッキリしている。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１４９】
［第１６実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図３５に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第１６実施の形態を示す。図３５は、２層配線を利用した画素部のレイアウトの要部を示す。第１６実施の形態に係る固体撮像装置１２３は、第１５実施の形態に係る固体撮像装置１２０において、そのリセットトランジスタＴｒ２、リセット配線２７、電源配線２９のレイアウトを、第１２実施の形態に示したレイアウトに置き換えて構成される。その他の構成は、第１２、第１５実施の形態で説明したと同様であるので、図２９、図３０Ａ〜Ｃ，図３３、図３４Ａ〜Ｃと対応する部分には同一符号を付して、詳細説明を省略する。
【０１５０】
第１６実施の形態に係る固体撮像装置１２３によれば、リセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３ＳがフォトダイオードＰＤを邪魔せず、水平方向（横方向）に並ぶフォトダイオードＰＤ間の間隔を狭くすることが可能になる。その分、フォトダイオードＰＤの面積を広げることができ、感度をより向上することができる。また、リセットトランジスタＴｒ２に接続されたリセット配線２７及び電源配線２９もリセットゲート電極３４上を這うように形成されるので、垂直方向に隣り合う共有単位２１の間隔も狭くすることが可能になる。その分、フォトダイオードＰＤの面積を広げることができ、感度をより向上することができる。
【０１５１】
読み出し配線２６１〜２６８により、光入射させたくない読み出しゲート電極２２１〜２２８、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２上を遮光することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１５２】
［第１７実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図３６〜図３３７に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ固体撮像装置の第１７実施の形態を示す。図３６は、２層配線を利用し、選択トランジスタを有した画素のレイアウトの要部を示す。図３７Ａ〜Ｃは、１層目配線、２層目配線のパターンを理解するための、分解平面図である。
【０１５３】
第１７実施の形態に係る固体撮像装置１２５は、図３６に示すように、横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］と、１１個の画素トランジスタで１共有単位８１として構成される。画素トランジスタは、８つの読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８と、１つのリセットトランジスタＴｒ２と、１つの増幅トランジスタＴｒ３と、１つの選択トランジスタＴｒ４とにより構成される。この固体撮像装置１２５の等価回路は、前述の図２８で説明したと同様である。この共有単位８１が２次元アレイ状に配列されて画素部を構成している。
【０１５４】
増幅トランジスタＴｒ３と選択トランジスタＴｒ４は、１共有単位８１内において、第１構成部２３と第２構成部２５との間に配置される。選択トランジスタＴｒ４は、ソース領域８３Ｓドレイン領域８３Ｄ及び選択ゲート電極８４を有して形成され、増幅トランジスタＴｒ３に接続される。選択トランジスタＴｒ４のソース領域８３Ｓは、増幅トランジスタＴｒ３のドレイン領域３１Ｄと同じ領域である。
【０１５５】
垂直信号線３５は、増幅トランジスタＴｒ３のソース領域３１Ｓに接続され、電源配線３６は、選択トランジスタＴｒ４のドレイン領域８３Ｄに接続される。選択トランジスタＴｒ４の選択ゲート電極８４は、縦方向に延びる選択配線８５に接続される。選択トランジスタＴｒ４の選択ゲート電極８４は、第１層目メタル配線Ｍ１による横方向の接続線８５ａを介して第２層目メタル配線Ｍ２による縦方向の選択配線８５に接続される。
【０１５６】
図３６及び図３７Ａ〜Ｃにおいて、その他の構成は、図３３及び図３４Ａ〜Ｃと同様であるので、対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１５７】
第１７実施の形態に係る固体撮像装置１２５によれば、選択トランジスタＴｒ４が追加された以外は第１５実施の形態の構成と同様であるので、前述の第１５実施の形態の固体撮像装置と同様の効果を奏する。
【０１５８】
［第１８実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図３８〜図４０に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第１８実施の形態を示す。図３８は、３層配線を利用した画素部のレイアウトの要部を示す。図３９〜図４０は、１層目配線、２層目配線及び３層目配線のパターンを理解するための、分解平面図である。
【０１５９】
第１８実施の形態に係る固体撮像装置１１１は、図３８に示すように、第１実施の形態で説明したと同様に、横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］と、１０個の画素トランジスタとの配列を１共有単位２１として、構成される。この共有単位２１が２次元アレイ状に配列して画素部３を構成している。このフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８と、画素トランジスタを構成する読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８の構成は、第１実施の形態と同様である。
【０１６０】
そして、本実施の形態においては、特に、図３９Ａ、Ｂ及び図４０Ａ、Ｂの示すように、各配線を３層配線、すなわち第１層目メタル配線Ｍ１、第２層目メタル配線Ｍ２及び第３層目メタル配線Ｍ３に振り分けて形成される。先ず、図３９Ａに示すように、横２画素、縦4画素のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８列を含む１共有単位２１が形成される。即ち、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８列と、フローティングディフージョンＦＤ１及びＦＤ２と、読み出しゲート電極２２１〜２２８を有する読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８と、リセットトランジスタＴｒ２と、増幅トランジスタＴｒ３が形成される。次に、図３９Ｂに示すように、読み出しゲート電極２２１、２２４、２２５、２２８に接続するよ４本の読み出し配線２６１、２６４、２６５、２６８が、それぞれ第１層目メタル配線Ｍ１により、横方向に延長して形成される。
【０１６１】
次に、図４０Ａに示すように、読み出しゲート電極２２［２２２、２２３、２２６、２２７］に接続するよ４本の読み出し配線２６［２６２、２６３、２６６、２６７］が、それぞれ第２層目メタル配線Ｍ２により、横方向に延長して形成される。この第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６［２６２、２６３、２６６、２６７］は、それぞれ第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６［２６１、２６４、２６５、２６８］に重なるように形成される。従って、上面から見ると、図３８に示すように、１行目のフォトダイオードＰＤと２行目のフォトダイオードＰＤ間、３行目のフォトダイオードＰＤと４行目のフォトダイオードＰＤ間には、それぞれ２本の読み出し配線２６が配置した形になる。各行間に配置される２本の読み出し配線２６間の間隔は、回折限界以下の間隔にお設定される。また、リセットトランジスタＴｒ２のリセットゲート電極３４に接続されるリセット配線２７とドレイン領域３３Ｓに接続される電源配線２９が、２層目メタル配線Ｍ２により横方向に延長して形成される。
【０１６２】
次に、図４０Ｂに示すように、接続配線２８と、垂直信号線３５と、増幅トランジスタのドレイン領域３１Ｄに接続される電源配線３６が、３層目メタル配線Ｍ３により、縦方向に延長して形成される。接続配線２８は、勿論、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２、増幅ゲート電極３２及びリセットトランジスタのソース領域３３Ｓを接続する配線である。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図２に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【０１６３】
第１８実施の形態では、端子ｔ１より第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６１に第１読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１１がオンし、フォトダイオードＰＤ１が読み出される。端子ｔ２より第２目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６２に第２読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１２がオンし、フォトダイオードＰＤ２が読み出される。端子ｔ３より第２目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６３に第３読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１３がオンし、フォトダイオードＰＤ３が読み出される。端子ｔ４より第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６４に第４読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１４がオンし、フォトダイオードＰＤ４が読み出される。
【０１６４】
端子ｔ５より第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６５に第５読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１５がオンし、フォトダイオードＰＤ５が読み出される。端子ｔ６より第２目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６６に第６読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１６がオンし、フォトダイオードＰＤ６が読み出される。端子ｔ７より第２目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６７に第７読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１７がオンし、フォトダイオードＰＤ７が読み出される。端子ｔ８より第１層目メタル配線Ｍ１による読み出し配線２６８に第８読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１８がオンし、フォトダイオードＰＤ８が読み出される。
【０１６５】
第１８実施の形態に係る固体撮像装置１１１によれば、各配線を、３層配線を構成する第１層目、第２層目、第３層目のメタル配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に振り分けて形成するので、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２に接続される寄生容量が低減する。すなわち、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２に接続される接続配線２８が第３層目メタル配線Ｍ３で形成されるので、接続配線２８と半導体基板間の間隔が離れ、その間で形成される寄生容量が低減し、変換効率が向上する。また、上面から見て、行間に配置される読み出し配線２６が２本であるため、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の開口面積が、第１実施の形態より広がる。よって、固体撮像装置１１の感度を向上することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１６６】
［第１９実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図４１〜図４４に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ型の固体撮像装置の第１９実施の形態を示す。図４１は、4層配線を利用した画素部のレイアウトの要部を示す。図４２〜図４４は、１層目配線、２層目配線、３層目配線及び４層目配線のパターンを理解するための、分解平面図である。
【０１６７】
第１９実施の形態に係る固体撮像装置１１２は、図４１に示すように、第１実施の形態で説明したと同様に、横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］と、１０個の画素トランジスタとの配列を１共有単位２１として構成される。この共有単位２１が２次元アレイ状に配列して画素部３を構成している。このフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８と、画素トランジスタを構成する読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８の構成は、第１実施の形態と同様である。
【０１６８】
そして、本実施の形態においては、特に、図４２〜図４４に示すように、各配線を４層配線、すなわち第1層目メタル配線Ｍ１、第２層目メタル配線Ｍ２、第３層目メタル配線Ｍ３及び第４層目メタル配線Ｍ４に振り分けて形成される。先ず、図４２Ａに示すように横２画素、縦4画素のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８列と、読み出しゲート電極２２１〜２２８を有する読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８が形成される。さらに、リセットトランジスタＴｒ２と、増幅トランジスタＴｒ３が形成されて、ここに１共有単位２１が構成される。
【０１６９】
次に、図４２Ｂに示すように、接続配線２８と、垂直信号線３５と、増幅トランジスタのドレイン領域３１Ｄに接続される電源配線３６が、１層目メタル配線Ｍ１により、縦方向に延長して形成される。接続配線２８は、勿論、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２、増幅ゲート電極３２及びリセットトランジスタのソース領域３３Ｓを接続する配線である。
【０１７０】
次に、図４３Ａに示すように、フォトダイオードＰＤ２の読み出し用の読み出し配線２６２、フォトダイオードＰＤ４の読み出し用の読み出し配線２６４、フォトダイオードＰＤ８の読み出し用の読み出し配線２６８を、第２層目のメタル配線Ｍ２により形成する。この各読み出し配線２６２，２６４，２６８は、各行間に１本となるように横方向に延長して形成される。読み出し配線２６２は、読み出しゲート電極２２２に接続される。読み出し配線２６８は、読み出しゲート電極に接続される。読み出し配線２６４は、中央に接続部２６４ａを図において上側に突出するように形成される。さらに、リッセトゲート電極３４に接続するリセット配線２７が、第２層目メタル配線Ｍ２により横方向に延長して形成される。
【０１７１】
次に、図４３Ｂに示すように、フォトダイオードＰＤ３の読み出し用の読み出し配線２６３、フォトダイオードＰＤ６の読み出し用の読み出し配線２６６、フォトダイオードＰＤ７の読み出し用の読み出し配線２６７が、第３層目メタルは配線Ｍ３により形成される。この各読み出し配線２６３、２６６，２６７は、上記第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６２，２６４，２６８と重なるように、各行間に１本宛て横方向に延長して形成される。読み出し配線２６３は、読み出しゲート電極２２３に接続される。読み出し配線２６７は、読み出しゲート電極２２７に接続される。読み出し配線２６６は、中央に接続部２６６ａを図において下側に突出するように形成される。さらに、リセットと他Ｔｒ２のドレイン領域３３Ｄに接続する電源配線２７が、第３層目メタル配線Ｍ３により横方向に延長して形成される。
【０１７２】
次に、図４４に示すように、第４層目メタル配線Ｍ４により、フォトダイオードＰＤ１の読み出し用の読み出し配線２６１及びフォトダイオードＰＤ５の読み出し用の読み出し配線２６５が形成される。読み出し配線２６１は、第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６２、第３層目メタル配線Ｍ３による読み出し配線２６３と重なるように横方向に延長して形成される。この読み出し配線２６１は、第３層目メタルＭ３、第２層目メタルＭ２の接続部を経て読み出しトランジスタＴｒ１１の読み出しゲート電極２２１に接続される。また、第４層目メタル配線Ｍ４により、基板コンタクト部５０ａに接続される基板コンタクト用配線５０が形成される。この基板コンタクト用配線５０は、基板電位、すなわちフォトダイオード、画素トランジスタが形成される半導体ウェル領域に所要電位を与えるための配線である。例えば、ｎ型サブストレート（基板）を用いたときには、フォトダイオード、画素トランジスタが形成されるｐ型半導体ウェル領域に０Ｖの電位が与えられる。
【０１７３】
読み出し配線２６５は、第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６８、第３層目メタル配線Ｍ３による読み出し配線２６７と重なるように横方向に延長して形成される。この読み出し配線２６５は、第３層目メタルＭ３、第２層目メタルＭ２の接続部を経て読み出しトランジスタＴｒ１５の読み出しゲート電極２２５に接続される。
【０１７４】
また、第４層目メタル配線Ｍ４により、トランジスタＴｒ１４の読み出しゲート電極２２４と、第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６４接続部２６４ａとを接続する接続線２６４Ｂが形成される。接続線２６４Ｂの一端は、第３層目メタルＭ３、第２層目メタルＭ２、第１層目メタルＭ１の接続部を経て読み出しゲート電極２２４に接続される。接続線２６４Ｂ他端は、第３層目メタルＭ３の接続部を経て第２層目メタルＭ２の読み出し配線２６４の接続線２６４ａに接続される。この接続線２６４Ｂは、第１層目メタル配線Ｍ１による接続配線２８と重なるように形成される。また、第４層目メタル配線Ｍ４により、トランジスタＴｒ１６の読み出しゲート電極２２６と、第３層目メタル配線Ｍ３による読み出し配線２６６の接続部２６６ａとを接続する接続線２６６Ｂが形成される。接続線２６６Ｂの一端は、第３層目メタルＭ３、第２層目メタルＭ２、第１層目メタルＭ１の接続部を経て読み出しゲート電極２２６に接続される。接続線２６６Ｂの他端は、第３層目メタルＭ３の読み出し配線２６６の接続部２６６ａに接続される。この接続線２６６Ｂは、第１層目メタル配線Ｍ１による接続配線２８と重なるように形成される。
第１２実施の形態では、上面から見て、フォトダイオードＰＤの各行間にそれぞれ１本の読み出し配線が配置された形となる。
【０１７５】
第１９実施の形態では、端子ｔ１より第４層目メタル配線Ｍ４による読み出し配線２６１に第１読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１がオンし、フォトダイオードＰＤ１が読み出される。端子ｔ２より第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６２に第２読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ２がオンし、フォトダイオードＰＤ２が読み出される。端子ｔ３より第３層目メタル配線Ｍ３による読み出し配線２６３に第３読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ３がオンし、フォトダイオードＰＤ３が読み出される。
【０１７６】
端子ｔ４より第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６４に第４読み出しパルスが印加されることにより、第４層目メタルＭ４による接続線２６４Ｂを通じて読み出しトランジスタＴｒ４がオンし、フォトダイオードＰＤ４が読み出される。端子ｔ６より第３層目メタル配線Ｍ３による読み出し配線２６６に第６読み出しパルスが印加することにより、第４層目メタルＭ４による接続線２６６Ｂを通じて読み出しトランジスタＴｒ６がオンし、フォトダイオードＰＤ６が読み出される。
【０１７７】
端子５より第４層目メタル配線Ｍ４による読み出し配線２６５に第５読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ５がオンし、フォトダイオードＰＤ５が読み出される。端子ｔ７より第３層目メタル配線Ｍ３による読み出し配線２６７に第７読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ７がオンし、フォトダイオードＰＤ７が読み出される。端子ｔ８より第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６８に第８読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ８オンし、フォトダイオードＰＤ８が読み出される。
【０１７８】
画素の読み出し順序は変わるが、後段の処理回路で、行毎に画素を読み出せるように並び変えられる。
【０１７９】
第１９実施の形態に係る固体撮像装置１１２によれば、上面から見て、行間に配置される読み出し配線２６が１本であるため、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の開口面積が、第１実施の形態より広がる。また、各配線を、４層配線で形成し、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２に接続される第１層目メタル配線Ｍ１の接続配線２８上には、これと最も離れた第４層目メタルＭ４の接続線２６４Ｂ、２６６Ｂが形成される。このため、接続配線２８と接続線２６４Ｂ及び２６６Ｂとの間の寄生容量が低減し、変換効率が向上する。よって、固体撮像装置１１の感度を向上することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１８０】
［第２０実施の形態：固体撮像装置の構成例］
図４５及び図４７に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちＭＯＳ固体撮像装置の第２０実施の形態を示す。図４５は、４層配線を利用した画素部のレイアウトの要部を示す。図４６Ａ〜Ｂ、図４７Ｃ〜Ｄは、１層目配線、２層目配線、３層目配線、４層目配線のパターンを理解するための、分解平面図である。
【０１８１】
第２０実施の形態に係る固体撮像装置１２７は、図４５に示すように、横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］と、１１個の画素トランジスタとの配列を１共有単位８１として構成される。画素トランジスタは、８つの読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８と、１つのリセットトランジスタＴｒ２と、１つの増幅トランジスタＴｒ３と、１つの選択トランジスタＴｒ４とにより構成される。この固体撮像装置１２５の等価回路は、前述の図３３で説明したと同様である。この共有単位８１が２次元アレイ状に配列されて画素部を構成している。
【０１８２】
増幅トランジスタＴｒ３と選択トランジスタＴｒ４は、１共有単位８１内において、第１構成部２３と第２構成部２５との間に配置される。選択トランジスタＴｒ４は、ソース領域８３Ｓドレイン領域８３Ｄ及び選択ゲート電極８４を有して形成され、増幅トランジスタＴｒ３に接続される。選択トランジスタＴｒ４のソース領域８３Ｓは、増幅トランジスタＴｒ３のドレイン領域３１Ｄと同じ領域である。
【０１８３】
そして、本実施の形態においては、図４６〜図４７に示すように、選択トランジスタＴｒ４を除いて、略第１２実施の形態と同様に構成される。
【０１８４】
先ず、図４６Ａに示すように、横２画素、縦4画素のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８列と、読み出しゲート電極２２１〜２２８を有する読み出しトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１８と、リセットトランジスタＴｒ２が形成される。さらに、増幅トランジスタＴｒ３と、選択トランジスタＴｒ４が形成されて、ここに１共有単位２１が構成される。そして、第１層目メタル配線Ｍ１により、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２、増幅ゲート電極３２及びリセットトランジスタのソース領域３３Ｓを接続する接続配線３５が形成される。
【０１８５】
また、第１層目メタル配線Ｍ１による各配線が形成される。すなわち、増幅トランジスタＴｒ３のソース領域３１Ｓに接続される垂直信号線３５、及び選択トランジスＴｒ４のドレイン領域８３Ｄに接続される電源配線３６が、縦方向に延長して形成される。また、電源配線３６に平行するように、選択配線８５が立て方向に形成される。同時に、第１層目メタル配線Ｍ１により、読み出しゲート電極２２１〜２２８に接続する接続部１３１、リセットゲート電極３４に接続する接続部１３２、選択ゲート電極８４に接続する接続部１３３、基板コンタク用の接続部１３４が形成される。
【０１８６】
次に、図４６Ｂに示すように、第２層目メタル配線Ｍ２による各配線が形成される。すなわち、接続部１３２を介してリセットゲート電極３４に接続するリセット配線２７が形成される。また、接続部１３３を介して選択ゲート電極８４と選択配線８５とに接続する接続線８５ａが横方向に形成される。接続線８５ａは１共有単位２１の幅に形成される。また、接続部１３１を介して読み出しゲート電極２２２に接続する読み出し配線２６２、接続部１３１を介して読み出しゲート電極２２８に接続する読み出し配線２６８が横方向に形成される。読み出し配線２６８は、第１構成部２３の縦方向に隣り合う画素間に形成される。読み出し配線２６８は、第２構成部２５の縦方向に隣り合う画素間に形成される。
【０１８７】
次に、図４７Ｃに示すように、第３層目メタル配線Ｍ３による各配線が形成される。すなわち、リセット配線２７上に重なるように、第２層目、第３層目のメタルＭ１、Ｍ２の接続部（図示せず）を介して、リセットトランジスタＴｒ２のドレイン領域３３Ｄに接続する電源配線２９が形成される。また、読み出し配線２６２上に重なるように、第１層目メタルＭ１の接続部１３１、第２層目メタルＭ２の接続部（図示せず）を介して、読み出しゲート電極２２３に接続する読み出し配線２６３が形成される。また、読み出し配線２６８上に重なるように、第１層目メタルＭ１の接続部１３１、第２層目メタルＭ２の接続部（図示せず）を介して、読み出しゲート電極２２７に接続する読み出し配線２６７が形成される。さらに、増幅トランジスタＴｒ３上の接続線８５ａに重なるように、一部フォトダイオードＰＤ５及びＰＤ６間に延長し、後工程で読み出しゲート電極２２６と接続される読み出し配線２６６が形成される。
【０１８８】
次に、図４７Ｄに示すように、第４層目メタル配線Ｍ４による各配線が形成される。すなわち、読み出し配線２６３上に重なるように、第１層目メタルＭ１の接続部１３１、第２層目、第３層目のメタルＭ２、Ｍ３の接続部（図示せず）を介して読み出しゲート電極２２１に接続する読み出し配線２６１が形成される。また、読み出し配線２６８上に重なるように、第１層目メタルＭ１の接続部１３１、第２層目、第３層目の接続部（図示せず）を介して、読み出しゲート電極２２５に接続する読み出し配線２６５が形成される。また、接続配線２８上に重なるように、第１層目メタルＭ１の接続部１３１、第２層目、第３層目の接続部（図示せず）を介して、読み出しゲート電極２２６と第３層目メタルＭ３による読み出し配線２６６とを接続する接続線２６６ａが形成される。また、読み出し配線２６６上と接続配線２８上に重なるように、第１層目メタルＭ１の接続部１３１、第２層目、第３層目のメタルＭ２、Ｍ３の接続部（図示せず）を介して、読み出しゲート電極２２４に接続する読み出し配線２６４が形成される。
【０１８９】
さらに、第１層目メタルＭ１の接続部１３４、第２層目、第３層目のＭ２、Ｍ３の接続部（図示せず）を介して基板コンタクト用配線５０が形成される。また、配線のバランスを考慮して、フォトダイオードＦＤ１とリセットトランジスタＴｒ２のソース領域３３Ｓに渡る間に接続配線２８上に重なるダミー配線８９、リセットトランジスタＴｒ２上に電源配線２９上に重なるダミー配線９０が形成される。
【０１９０】
第２０実施の形態では、端子ｔ１より第４層目メタル配線Ｍ４による読み出し配線２６１に第１読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ１がオンし、フォトダイオードＰＤ１が読み出される。端子ｔ２より第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６２に第２読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ２がオンし、フォトダイオードＰＤ２が読み出される。端子ｔ３より第３層目メタル配線Ｍ３による読み出し配線２６３に第３読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ３がオンし、フォトダイオードＰＤ３が読み出される。
【０１９１】
端子ｔ４より第４層目メタル配線Ｍ４による読み出し配線２６４に第４読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ４がオンし、フォトダイオードＰＤ４が読み出される。端子ｔ６より第３層目メタル配線Ｍ３による読み出し配線２６６に第６読み出しパルスが印加することにより、第４層目メタルＭ４による接続線２６６ａを通じて読み出しトランジスタＴｒ６がオンし、フォトダイオードＰＤ６が読み出される。
【０１９２】
端子５より第４層目メタル配線Ｍ４による読み出し配線２６５に第５読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ５がオンし、フォトダイオードＰＤ５が読み出される。端子ｔ７より第３層目メタル配線Ｍ３による読み出し配線２６７に第７読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ７がオンし、フォトダイオードＰＤ７が読み出される。端子ｔ８より第２層目メタル配線Ｍ２による読み出し配線２６８に第８読み出しパルスが印加されることにより、読み出しトランジスタＴｒ８オンし、フォトダイオードＰＤ８が読み出される。
【０１９３】
画素の読み出し順序は変わるが、後段の処理回路で、行毎に画素を読み出せるように並び変えられる。
【０１９４】
第２０実施の形態に係る固体撮像装置１２７によれば、前述の第１９実施の形態と同様に、上面から見て、行間に配置される読み出し配線２６が１本であるため、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８の開口面積が、第１実施の形態より広がる。また、各配線を、４層配線で形成し、フローティングディフージョンＦＤ１、ＦＤ２に接続される第１層目メタル配線Ｍ１の接続配線２８上には、これと最も離れた第４層目メタルＭ４の接続線２６４Ｂ、２６６Ｂが形成される。このため、接続配線２８と接続線２６４Ｂ及び２６６Ｂとの間の寄生容量が低減し、変換効率が向上する。よって、固体撮像装置１１の感度を向上することができる。
【０１９５】
ダミー配線８９及び９０を形成して、読み出し配線２６１，２６４、２６６ａ、２２５と共に、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８をコ字状に囲うようにしている。このため、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８が、同層メタル配線により、対称性よく囲まれるので、光の回折による混色を防ぐことができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１９６】
上述の横２画素、縦４画素の計８画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＧ１〜ＰＤ８］と１０個の画素トランジスタで１共有単位２１を構成する固体撮像装置においては、図４８に示すような、縦方向の配線レイアウトを有する。すなわち、本実施の形態の固体撮像装置では、８画素のフォトダイオードＰＤ列の中央に縦方向の１本の接続配線２８が配置され、隣り合う共有単位２１間に垂直信号線３５及び電源配線３６の２本の配線が配置されたレイアウトを有する。配線レイアウトとしては、極めて簡潔である。
【０１９７】
［増幅トランジスタの変形例］
図５１〜図５７に第１構成部２３及び第２構成部２４の間に配置される増幅トランジスタＴｒ３の変形例を示す。
図５１に示す増幅トランジスタＴｒ３は、ソース領域３１からチャネル領域を経てドレイン領域３１Ｄに至る活性領域８７を直角に折り曲げて形成し、この折り曲げ部を含む領域上に増幅ゲート電極３２を形成して構成される。直角に押し曲げられたＬ字形状の活性領域８７は、一方がフォトダイオードＰＤの行間に横方向に形成され、他方がフォトダイオードＰＤの列間に縦方向に形成される。増幅ゲート電極３２は、フォトダイオードＰＤの行間に横方向に直線状に形成される。
【０１９８】
図５１の増幅トランジスタＴｒ３によれば、活性領域８７が直角に折り曲げられて形成されるので、ゲート長Ｌｇが大きくなり、１／ｆノイズを抑制することができる。
【０１９９】
図５２に示す増幅トランジスタＴｒ３は、ソース領域３１からチャネル領域を経てドレイン領域３１Ｄに至る活性領域８７を直角に折り曲げて形成し、この折り曲げられた活性領域８７に沿うように、直角に折り曲げられた増幅ゲート電極３２を形成して構成される。直角に押し曲げられたＬ字形状の活性領域８７は、一方がフォトダイオードＰＤの行間に横方向に形成され、他方がフォトダイオードＰＤの列間に縦方向に形成される。同様に、直角に折り曲げられたＬ字形状の増幅ゲート電極３２も、一方がフォトダイオードＰＤの行間に横方向に形成され、他方がフォトダイオードＰＤの列間に縦方向に形成される。
【０２００】
図５２の増幅トランジスタＴｒ３によれば、活性領域８７が直角に折り曲げられ、この活性領域８７に沿って増幅ゲート電極３２を直角に折り曲げて形成されるので、ゲート長Ｌｇがより長くなり、１／ｆノイズを抑制することができる。ここで、活性領域８７の周囲の素子分離領域として、前述したように、不純物拡散領域、例えばｐ型半導体領域で形成し、表面にフラットな絶縁膜を形成したフラット型の素子分離領域を用いることにより、活性領域８７のＬ字折曲部での応力集中は抑制される。すなわち、応力集中に起因したノイズの発生が抑制される。因みに、素子分離領域をＳＴＩ構造としたときには、活性領域８７のＬ字折曲部での応力集中が発生し応力集中に起因するノイズが発生する懼れがある。
【０２０１】
図５３に示す増幅トランジスタＴｒ３は、ソース領域３１Ｓ、チャネル領域及びドレイン領域３１Ｄを含む活性領域８７を十字形状に形成し、その十字の縦のチャネル領域上に増幅ゲート電極を形成して構成される。
【０２０２】
図５３の増幅トランジスタＴｒ３によれば、ゲート幅Ｗｇが大きくなり、１／ｆノイズを抑制することができる。
【０２０３】
図５４に示す増幅トランジスタｔｒ３は、ソース領域３１Ｓ、チャネル領域及びドレイン領域３１Ｄを含む活性領域８７が、フォトダイオードＰＤの列間に位置して縦方向に直線状に形成される。この増幅ゲート電極３２は、活性領域８７から延びるソース領域３１Ｓ及びドレイン領域３１ＤをフォトダイオードＰＤの行間に位置して横方向に直線状に形成して構成される。
【０２０４】
図５５に示す増幅トランジスタＴｒ３は、フォトダイオードＰＤの行間に位置して、ソース領域３１Ｓ、チャネル領域及びドレイン領域３１Ｄを含む活性領域８７を２画素ピッチの長さで形成し、増幅ゲート電極３２を２画素ピッチより短い長さで形成して構成される。増幅ゲート電極３２のゲート長方向の長さとしては、１画素ピッチ以上で形成することが好ましいが、１画素ピッチより短く形成することも可能である。
【０２０５】
図５６に示す増幅トランジスタＴｒ３は、フォトダイオードＰＤの行間に位置して、ソース領域３１Ｓ、チャネル領域及びドレイン領域３１Ｄを含む活性領域８７を２画素ピッチの長さより短く形成し、このチャネル領域上に増幅ゲート電極３２を形成して構成される。ソース領域３１Ｓ及びドレイン領域３１Ｄに接続する垂直信号線３５及び電源配線３６は、一部フォトダイオードＰＤの行間に延長して形成される。
【０２０６】
図５７に示す増幅トランジスタＴｒ３は、ソース領域３１Ｓ、チャネル領域及びドレイン領域３１Ｄを含む活性領域８７を２画素ピッチの長さで横方向に形成し、活性領域と直交するように増幅ゲート電極３２を縦方向に形成して構成される。活性領域８７は、フォトダイオードＰＤの行間に形成され、増幅ゲート電極３２は、フォトダイオードＰＤの列間に形成される。
【０２０７】
これら図５１〜図５７に示す増幅トランジスタＴｒ３のレイアウトは、上述の本発明の各実施の形態に係る固体撮像装置に適用することができる。そして、増幅トランジスタＴｒ３は１共有単位の中央部分に形成することにより、図２、図５１〜図５７に示すように、増幅トランジスタＴｒ３のレイアウトの自由度が上がる。
【０２０８】
［リセットトランジスタの変形例］
図５８〜図５９に、リセットトランジスタＴｒ３の変形例を示す。図５８に示すリセットトランジスタＴｒ２は、ソース領域３３Ｓ、チャネル領域及びドレイン領域３３Ｄを含む活性領域８８を縦方向に形成し、リセットゲート電極３４を活性領域８８と直交するように横方向に２画素ピッチの長さに形成して構成される。
【０２０９】
図５８のリセットトランジスタＴｒ２によれば、そのリセットゲート電極３４が２画素ピッチの長さに形成される。このリセットトランジスタＴｒ２は、２画素ピッチの長さの増幅ゲート電極３２を有する増幅トランジスタＴｒ３と組み合わせるときには、増幅トランジスタＴＲ３とのバランスが取れる。
【０２１０】
図５９に示すリセットトランジスタＴｒ２は、チャネル領域が横方向に有し、ソース３３Ｓ及びドレイン領域３３Ｄが縦方向に有する十字形状の活性領域８８を形成し、リセットゲート電極３４を横方向に２画素ピッチの長さに形成して構成される。
【０２１１】
図５９のリセットトランジスタＴｒ２によれば、チャネル幅Ｗｇを大きく取ることができる。また、リセットゲート電極３４が２画素ピッチの長さに形成されるので、２画素ピッチの長さの増幅ゲート電極３２を有する増幅トランジスタＴｒ３と組み合わせるときには、増幅トランジスタＴＲ３とのバランスが取れる。
【０２１２】
これら図５８〜図５９に示すリセットトランジスタＴｒ２レイアウトは、上述の本発明の各実施の形態に係る固体撮像装置に適用することができる。そして、リセットトランジスタＴｒ２は１共有単位の上部側の中央部分に形成することにより、図２、図３１、図５８〜図５９に示すように、リセットトランジスタＴｒ２のレイアウトの自由度が上る。
【０２１３】
本発明においては、図示しないが、上述の各実施の形態の特徴的構成を相互に組み合わせて固体撮像装置を構成とすることが可能である。
【０２１４】
上例では増幅トランジスタＴｒ３を共有単位２１の中央に配置し、リセットトランジスタＴｒ２を共有単位２１の上部側に配置した。その他、逆の配置、すなわちリセットトランジスタＴｒ２を共有単位２１の中央に、増幅トランジスタＴｒ３を共有単位の上部側に、配置した構成としても良い。但し、共有単位の２１の中央に増幅トランジスタＴｒ３を、上部側にリセットトランジスタＴｒ２を、配置した方が接続配線がリセット配線と交差しない分、フローティングディフージョンに付加される浮遊容量が少なくなり有利である。
【０２１５】
上例では、横２×縦４（画素）計８画素のフォトダイオード配列を１共有画素とした。しかし、その他、横２×縦６（画素）の計１２画素のフォトダイオード配列、横２×縦８（画素）の計１６画素のフォトダイオード配列等、横２×縦４ｎ画素（ｎは正の整数）のフォトダイオード配列を１共有単位として構成することもできる。
【０２１６】
［第２１実施の形態：電子機器の構成例］
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。特に、微細な画素ができるので、小型の固体撮像装置を備えたカメラを製造することができる。
【０２１７】
図６０に、本発明の電子機器の一例としてカメラに適用した実施の形態を示す。本実施の形態に係るカメラ９１は、光学系（光学レンズ）９２と、固体撮像装置９３と、信号処理回路９４とを備えてなる。固体撮像装置９３は、上述した各実施の形態のいずれか１つの固体撮像装置が適用される。光学系９２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置９３の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置９３の光電変換部であるフォトダイオードにおいて一定期間信号電荷が蓄積される。信号処理回路９４は、固体撮像装置９３の出力信号に対して種々の信号処理を施して出力する。本実施の形態のカメラ９１は、光学系９２、固体撮像装置９３、信号処理回路９４がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。
【０２１８】
本発明は、図６０のカメラ、あるいはカメラモジュールを備えた例えば携帯電話に代表されるカメラ６０の構成は、光学系９２、固体撮像装置９３、信号処理回路９４がモジュール化した撮像機能を有するモジュール、いわゆる撮像機能モジュ−ルとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
【０２１９】
本実施の形態に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、高精度に画素の微細化、それに伴う小型化が進んでも、感度を向上することができ、高画質、高解像度が得られ、高品質の電子機器を提供することができる。
【符号の説明】
【０２２０】
１、１０１〜１１３、１１５、１２３、１２５、１２７、１２９、１３０・・固体撮像装置、２・・画素、３・・画素部、４・・垂直駆動回路、５・・カラム信号処理回路、６・・水平駆動回路、７・・出力部、８・・制御回路、９・・垂直信号線、１０・・水平信号線、１１・・基板、２１・・１共有単位、２３・・第１構成部、２５・・第２構成部、２２１〜２２８・・読み出しゲート電極、２６１〜２６８・・読み出し配線、２７・・リセット配線、２８・・接続配線、２９・・電源配線、３１Ｓ・・ソース領域、３１Ｄ・・ドレイン領域、３２・・増幅ゲート電極、３３Ｓ・・ソース領域、３３Ｄ・・ドレイン領域、３４・・リセットゲート電極、ＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ８］・・フォトダイオード、Ｔｒ１１〜Ｔｒ１８・・読み出しトランジスタ、Ｔｒ２・・リセットトランジスタ、Ｔｒ３・・増幅トランジスタ、Ｔｒ４・・選択トランジスタ、Ｍ１〜Ｍ４・・第１層目〜第４層目メタル配線、５６、５７・・ダミー配線、６１・・ドット状態
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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